Los físicos han avanzado con éxito un dispositivo clave para producir energía de fusión

Los físicos que trabajan en un tipo de reactor de fusión llamado estelarizador están cada vez más cerca de aprovechar el poder de la fusión nuclear.

Según un nuevo artículo, el estelarizador Wendelstein 7-X en Alemania ahora es capaz de contener calor que alcanza temperaturas dos veces más altas que las que se encuentran en el núcleo del Sol. Esto significa que los físicos han podido reducir la pérdida de calor, un gran paso adelante en la tecnología de estelarizadores.

“Es una noticia realmente emocionante para la fusión que este diseño haya tenido éxito”. dijo el físico Novimir Pablant del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL). “Muestra claramente que se puede realizar este tipo de optimización”.

El poder de fusión es el foco de los esfuerzos de desarrollo energético en todo el mundo. Teóricamente, se basa en aprovechar la energía liberada cuando los núcleos del plasma se fusionan para producir un elemento más pesado: el mismo proceso que ocurre en los corazones de las estrellas. Si pudiéramos lograr esto, los beneficios serían enormes: energía limpia y de alto rendimiento que es prácticamente inagotable.

Sin embargo, es más fácil decirlo que hacerlo. La fusión es un proceso extremadamente enérgico y contenerlo no es fácil. La energía de fusión se investigó por primera vez en la década de 1940; décadas después, los reactores de fusión todavía no producen tanta energía como pierden, por un margen bastante significativo, aunque la brecha se está cerrando.

La tecnología de fusión que actualmente está rompiendo récords de temperatura es el tokamak, un bucle de plasma en forma de rosquilla atrapado en una capa de campos magnéticos, impulsado a alta velocidad en pulsos rápidos. La relativa simplicidad ayuda a contenerlo a altas temperaturas, pero solo en ráfagas.

Los estelaradores, por otro lado, se basan en una configuración increíblemente compleja de imanes trazados por una IA que puede dirigir el plasma para que siga fluyendo. Estos son bastante difíciles de diseñar y construir, lo que ha resultado en estelarizadores que pierden una gran parte de la energía producida por la fusión, en forma de pérdida de calor.

Un dispositivo de aspecto futurista con líneas retorcidas y paneles metálicos.Wendelstein 7-X. (Bernhard Ludewig / Instituto Max Planck de Física del Plasma)

Esa pérdida de calor es el resultado de un proceso llamado transporte neoclásico, en el que los iones que chocan en un reactor de fusión hacen que el plasma se difunda hacia el exterior. Su efecto es mayor en estelarizadores que en tokamaks.

Debido a que los tokamaks tienen sus propias ineficiencias, los investigadores de PPPL y el Instituto Max Planck de Física del Plasma buscaron dar forma a los imanes en W7-X para tratar de reducir los efectos del transporte neoclásico. Y ahora las mediciones, tomadas con un instrumento llamado espectrómetro de cristal de imágenes de rayos X (XICS), han mostrado temperaturas muy altas. dentro

el reactor.

Estos están respaldados por mediciones de espectroscopía de recombinación de intercambio de carga (CXRS), que se cree que son más precisas que las mediciones de XICS, pero no se pueden tomar en todas las condiciones.

Pero con ambos conjuntos de datos de acuerdo, parece que el stellarator pudo alcanzar temperaturas de casi 30 millones de Kelvin.

Esto solo sería posible, descubrió el equipo, si hubiera habido una fuerte reducción en el transporte neoclásico. Llevaron a cabo modelos para determinar cuánto calor se perdería a través del transporte neoclásico si W7-X no se hubiera optimizado, y encontraron que 30 millones de Kelvin estaban fuera del estadio.

“Esto mostró que la forma optimizada de W7-X redujo el transporte neoclásico y era necesaria para el rendimiento visto en los experimentos de W7-X”, Pablant dijo. “Fue una forma de mostrar la importancia de la optimización”.

Este emocionante resultado representa un importante paso adelante en el perfeccionamiento del diseño de estelarizadores, uno que informará y dará forma a los esfuerzos futuros.

También es un paso significativo hacia un reactor de fusión práctico, aunque hay mucho más trabajo por hacer. Para un reactor de fusión ser practico, debe tener no solo altas temperaturas, sino la densidad adecuada de plasma y tiempos de confinamiento decentes. Si bien los tokamaks se calientan más, la reducción de la energía perdida asegura que la tecnología de estelarización aún podría tener una ventaja.

“Reducir el transporte neoclásico no es lo único que tienes que hacer”, Pablant dijo. “Hay un montón de otros objetivos que deben mostrarse, incluido el funcionamiento estable y la reducción del transporte turbulento”.

Con diferentes tecnologías de reactores de fusión nuclear actualmente en desarrollo, parece que solo es cuestión de tiempo antes de que una de ellas cumpla. Puede que aún pase un tiempo hasta que la energía generada por la fusión llegue a nuestras redes eléctricas, pero cuando lo haga, es muy posible que cambie el mundo.

W7-X se encuentra actualmente en proceso de actualización y reanudará sus operaciones en 2022.

La investigación ha sido publicada en Naturaleza.

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