Estudio de las impurezas y la radiación continua en el rango del espectro visible mediante técnicas espectroscópicas y láseres en el stellarator TJ-II

Disponer de soluciones energéticas abundantes y sostenibles es uno de los retos a los que ha de enfrentarse la sociedad actual. La obtención de energía por medio de la fusión de isótopos de hidrógeno en dispositivos de fusión confinados magnéticamente se erige como una alternativa prometedora. En las máquinas de tipo stellarator, uno de los principales retos que hay que superar es la acumulación de impurezas, debido a que su presencia provoca bien, la dilución del combustible y, en consecuencia, su enfriamiento o bien, compromete la integridad de la cámara de vacío al redepositarse en las paredes de la misma. En la actualidad, se ha hecho un enorme esfuerzo para entender los mecanismos involucrados en la estimación de los niveles de impurezas potenciales y de los requisitos de control de las mismas en futuros reactores de fusión. A pesar de ello, algunos resultados experimentales no se comprenden completamente o bien, las simulaciones teóricas han de ser validadas experimentalmente. En este sentido, el control de las impurezas sigue siendo un desafío y el TJ-II, un excelente banco de pruebas donde estudiar estos problemas. En este trabajo, se llevan a cabo experimentos de espectroscopia óptica en plasmas del TJ-II con hidrógeno calentado por emisión ciclotrónica electrónica (ECRH) y con densidades electrónicas típicas alrededor de 0.5×1019 m-3. Por un lado, se emplea un espectrómetro de baja resolución, en el rango comprendido entre 200 y 950 nm, para identificar líneas espectrales de emisión y espectros continuos en regiones libres de emisión de líneas. Identificadas las regiones del espectro de emisión, libres de emisión de líneas (221.5, 523.5, 715.5 nm), se procede a la medida de la radiación continua o bremmstrahlung, que permite, estimar la carga efectiva (Zeff) del plasma. Hasta la fecha, la Zeff en el TJ-II se había estimado empleando técnicas de rayos X. Los intentos previos de emplear la radiación de frenado para su determinación habían resultado en valores de la Zeff muy superiores a los obtenidos con la primera técnica. Aquí, se calibra absolutamente el sistema espectral empleado, obteniéndose una buena correlación entre la señal obtenida y la señal esperada. En segundo lugar, con objeto de monitorizar simultáneamente las impurezas y la composición isotópica de la pared de la cámara de vacío, se emplea la técnica espectroscópica de disociación inducida por láser (LIBS) identificándose la presencia de líneas de oxígeno. Así mismo, los experimentos de tiempo de vuelo de impurezas de litio desorbidas de la pared por láser permiten determinar la temperatura iónica en la periferia del plasma vertiendo resultados similares a los obtenidos mediante otro sistema empleado en el TJ-II, el Reverse Field Analyzer (RFA). La implementación de la técnica LIBS en el TJ-II resulta novedosa, abriendo nuevas líneas de investigación..