El avance de Fusion nos acerca un paso más a la resolución de desafíos clave

Un trabajador que realiza trabajos de mantenimiento en el interior del reactor.

En la energía de fusión, dos núcleos atómicos se combinan para formar un núcleo más pesado, liberando grandes cantidades de energía en el proceso. El proceso tiene lugar en un reactor de fusión y, al menos en teoría, esta energía puede aprovecharse; pero los aspectos prácticos son extremadamente desafiantes.

Un problema importante para los reactores de fusión es mantener el núcleo de plasma extremadamente caliente (más caliente que la superficie del sol), mientras que también contiene de forma segura el plasma, algo que los investigadores de fusión llaman integración core-edge. Los investigadores que trabajan en el tokamak DIII-D en la Instalación Nacional de Fusión lograron calentar aún más el núcleo de fusión, al mismo tiempo que enfrían de manera segura el material que llega a la pared del reactor.

Al igual que el motor de combustión convencional, un reactor de fusión también debe expulsar calor y partículas. Una estrategia clave para enfriar el núcleo de plasma es inyectar impurezas (partículas más pesadas que el plasma) en la región de escape, pero estas mismas impurezas pueden viajar a regiones donde se producen reacciones de fusión, lo que reduce el rendimiento general.

Anteriormente, estas impurezas estaban en forma de gas. Sin embargo, en un nuevo estudio, los investigadores encontraron que una mezcla química particular en forma de polvo ofrece varias ventajas.

El polvo consiste en boro, nitruro de boro y litio, y se probó en el reactor tokamak DIII-D. Un tokamak es un tipo de reactor de fusión que utiliza campos magnéticos en forma de dona para confinar el plasma, algo llamado modo de alto confinamiento o modo H. Los experimentos demostraron que el polvo era efectivo para enfriar el límite del plasma y solo producía una disminución marginal en el rendimiento de la fusión.

Nuestro trabajo es importante porque muestra nuevas formas de lograr plasmas centrales de alta presión (modo H y modo Super-H) mientras se mantiene el límite lo suficientemente frío para evitar derretir y dañar las paredes del reactor, explica Florian Effenberg del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton, coautor del nuevo estudio La inyección de polvos de boro, nitruro de boro y litio en el plasma límite disipa la energía antes de que pueda llegar a los componentes de la pared. Por lo tanto, podemos lograr ambos a la vez, un plasma de núcleo súper caliente que puede producir energía de fusión y un límite frío que permite una operación segura y de pulso largo del reactor.

Aunque el DIII-D es un tokamak relativamente pequeño, los resultados experimentales junto con las simulaciones teóricas sugieren que el enfoque también es compatible con dispositivos más grandes como ITER, el tokamak internacional en construcción en Francia, y facilitaría una solución de integración core-edge en el futuro. plantas de energía de fusión.

Este es un paso importante en la integración de soluciones para un escape de calor seguro y una operación de alto rendimiento. Por supuesto, son necesarias más evaluaciones y optimizaciones, concluye Effenberg.

Este enfoque podría ser fundamental para abordar la integración core-edge en futuras plantas de energía de fusión. Entonces, ¿qué significa esto para la energía de fusión en general? Es difícil hacer estimaciones claras, dice Effenberg, pero las señales positivas están ahí. El desarrollo de los reactores de fusión se parece al de los microprocesadores en las computadoras. Al igual que existe la ley de Moore para los microprocesadores (que observa que el número de transistores en un microprocesador se duplica cada dos años), existe la ley de Moore para la fusión, en la que el triple producto de la densidad, la temperatura y el tiempo de confinamiento (que mide el rendimiento de un plasma de fusión) se ha duplicado cada 1,8 años.

En general, vamos por buen camino y avanzamos de acuerdo con la ley de Moore para la fusión, lo que demuestra que una planta de energía de fusión de demostración está al alcance de la mano en la próxima década. Los últimos metros son difíciles, pero después de un período de hambre, finalmente habrá una ola de máquinas de fusión nuevas y mejoradas que se conectarán, inundando con datos las últimas brechas críticas en nuestro conocimiento, concluye Effenberg.

Los resultados se presentarán en la 63.ª Reunión Anual de la División de Física de Plasma de APS.

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