El sandpile como modelo de transporte en plasmas de fusión nuclear: análisis del tiempo de confinamiento

Abstract

El consumo de energía sigue creciendo con el paso de los años y la búsqueda de nuevas fuentes de energía capaces de eliminar la dependencia de los combustibles fósiles es más urgente cada día para evitar las consecuencias de estos. La energía nuclear de fusión se presenta como una alternativa limpia y prácticamente ilimitada, sin embargo, el tiempo de confinamiento de los plasmas en los reactores de fusión aun no consigue ser lo suficientemente largo como para ser energéticamente rentable. En este trabajo se estudia el tiempo de confinamiento de un sandpile, cuya dinámica de transporte de granos de arena guarda cierta analogía con el transporte de materia y energía en dispositivos de fusión nuclear por confinamiento magnético. Por tanto, a partir de los resultados obtenidos en este sencillo modelo de transporte, se podría ahondar en el entendimiento de lo que sucede en sistemas mucho más complejos como los plasmas de fusión nuclear. Para ello, se analizarán todos los parámetros que influyen en el tiempo de confinamiento y se realizaran múltiples simulaciones de sandpiles en el entorno de programación de MATLAB que permitan obtener conclusiones apropiadas. Finalmente, en base a todo lo estudiado, se propondrán algunas posibles soluciones sobre cómo maximizar el tiempo de confinamiento.

The energy consumption continues to grow with the passing of years, and the search for new energy sources capable of eliminating the dependence on fossil fuels becomes increasingly urgent every day to avoid the consequences of these. Nuclear fusion energy is presented as a clean and infinite alternative. However, the confinement time of plasmas in fusion reactors has not yet been sufficiently long to be energetically profitable. This work studies the confinement time of a sandpile, whose dynamics of sand grain transportation bears some analogy to the transportation of matter and energy in magnetic confinement nuclear fusion devices. Therefore, based on the results obtained in this simple transportation model, it could deepen the understanding of what happens in much more complex systems like nuclear fusion plasmas. To do this, all the parameters that influence the confinement time will be analyzed, and multiple simulations of sandpiles will be performed in the MATLAB programming environment to obtain appropriate conclusions. Finally, based on all the research conducted, some possible solutions on how to maximize the confinement time will be proposed.