Primeros resultados experimentales con cámaras de alta velocidad del proyecto Prometeo UC3M-CIEMAT

La interconexión de desarrollos en áreas separadas de la ciencia es crucial para abordar algunos de los grandes desafíos científicos y sociales que tenemos por delante. Planteamientos interdisciplinares permiten conectar áreas de conocimiento alejadas de tal manera que avances dentro de las islas de conocimiento especializado pueden expandirse a otros campos de la ciencia. Este es el objetivo del proyecto PROMETEO financiado en el marco de la convocatoria de proyectos sinérgicos de I+D de la Comunidad de Madrid: interconectar a la comunidad de plasmas de fusión nuclear (Laboratorio Nacional de Fusión, CIEMAT) con la comunidad de plasmas de propulsión espacial (Depto. de Bioingeniería e Ingeniería Aeroespacial, Universidad Carlos III de Madrid, UC3M).  

Figura 1. Dispositivo de ensayo de motores de propulsión por plasma (UC3M). Las flechas 1 y 2 indican los puertos de observación utilizados.

A finales del año 2019 se trasladó un equipo de cámara de alta velocidad, habitualmente utilizado en el dispositivo Stellarator TJ-II de fusión por confinamiento magnético ubicado en el CIEMAT, al laboratorio del Dpto. de Bioingeniería e Ingeniería Aeroespacial (UC3M) para realizar los primeros experimentos de visualización 2-D de estructuras turbulentas en un motor de propulsión de plasma tipo Helicón (figuras 1 y 2). Los ensayos, liderados por Eduardo de la Cal (CIEMAT) y Jaume Navarro-Cavallé (UC3M), fueron exitosos alcanzándose los objetivos propuestos: visualizar el plasma con tiempos comparables a los característicos de la turbulencia en plasmas de propulsión espacial con técnicas desarrolladas en la comunidad de fusión nuclear.

Figura 2. Motor de plasma de tipo Helicon (de SENER-UC3M) en el que se hicieron los experimentos.

Se consiguieron capturar vídeos de hasta 200.000 imágenes por segundo con tiempos de exposición de 1 microsegundo (ver vídeo abajo). Esto fue posible gracias al uso de un sistema de amplificador de luz llamado Intensificador de Imagen. Los datos obtenidos pusieron de manifiesto la presencia de estructuras turbulentas en el rango de 1-10 milímetros que están siendo analizadas por ambos equipos (figura 3). Entre tanto ya se está planificando la siguiente campaña experimental que tendrá lugar en septiembre de 2020, en la que se implementarán medidas adicionales incluyendo técnicas espectroscópicas.

Figura 3. Imagen promediada del plasma central (izquierda) y fluctuaciones relativas observadas con tiempo de adquisición de 1 microsegundo (derecha).

Fuente: CIEMAT

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