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Dentro del reactor de fusión tokamak DIII-D

Rswilcox (CC BY-SA 4.0)

Una reacción de fusión nuclear ha superado dos barreras clave para operar en un «punto óptimo» necesario para una producción óptima de energía: aumentar la densidad del plasma y mantener contenido ese plasma más denso. El hito es otro paso más hacia la energía de fusión, aunque probablemente todavía falten años para un reactor comercial.

Una de las principales vías que se están explorando en los esfuerzos por lograr la energía de fusión es el uso de reactores tokamak. Estos tienen una cámara en forma de rosquilla donde se almacena plasma más caliente que la superficie de nuestro sol. contenido por grandes imanes.

Se pensaba que había un punto, conocido como límite de Greenwald, por encima del cual no se podía elevar la densidad del plasma sin que escapara de las garras de los imanes, dañando potencialmente el reactor. Pero aumentar la densidad es crucial para aumentar la producción, ya que los experimentos han demostrado que la producción de los reactores tokamak aumenta proporcionalmente con el cuadrado de la densidad del combustible.

Ahora, Siye Ding en General Atomics en San Diego, California, y sus colegas han demostrado que hay una manera de aumentar la densidad del plasma, y ​​demostraron que puede ser estable, ejecutando el Instalación Nacional de Fusión DIII-D reactor tokamak durante 2,2 segundos con una densidad media un 20 por ciento superior al límite de Greenwald. Si bien esta barrera se ha superado antes, con menos estabilidad y durante períodos más cortos, este experimento también se realizó con una métrica conocida como H98(y,2) superior a 1.

H98(y,2) es una combinación compleja de mediciones y valores que muestra qué tan bien contienen los imanes el plasma, dice Gianluca Sarri en la Queen’s University de Belfast, con un valor de 1,0 o superior, lo que significa que el plasma se mantiene exitosamente en su lugar.

«Ahora estamos empezando a mostrar una especie de funcionamiento estable en el que podemos estar constantemente en el punto óptimo», afirma Sarri. “Esto se hizo en una máquina pequeña. Si se toman estos resultados y se extrapolan a una máquina más grande… se espera que se encuentre en una situación en la que se pueda lograr una ganancia y una producción de energía significativa durante un período de tiempo significativo”.

El experimento DIII-D se basó en una combinación de enfoques que no son nuevos en sí mismos, dice Sarri, pero que juntos parecen haber creado un enfoque prometedor. El equipo utilizó una mayor densidad en el núcleo del plasma en forma de rosquilla para aumentar la producción, al tiempo que le permitió sumergirse en los bordes más cercanos al recipiente de contención para caer por debajo del límite de Greenwald, evitando así cualquier escape de plasma. También inyectaron gas deuterio en el plasma para calmar las reacciones en puntos específicos.

La cámara de plasma de DIII-D tiene un radio exterior de sólo 1,6 metros, y aún no se sabe si el mismo método funcionará para el ITER, el tokamak de próxima generación en construcción en Francia, que tendrá un radio de 6,2 metros y se espera que para crear plasma tan pronto como en 2025.

“Estos plasmas son muy complicados”, afirma Sarri. “Un pequeño cambio en las condiciones conduce a un gran cambio en el comportamiento. Y experimentalmente ha sido más bien una especie de enfoque de prueba y error, en el que se prueban muchas configuraciones diferentes y básicamente se ve cuál es la mejor. Se trata de obligar al plasma a hacer algo que va completamente en contra de su naturaleza, algo que realmente no quiere hacer”.

Ding dice que el experimento es un buen augurio para el futuro de la energía de fusión. “Muchos diseños de reactores requieren simultáneamente un alto confinamiento y una alta densidad. Experimentalmente es la primera vez que se realiza esto”, afirma. “El siguiente paso es caro y actualmente la investigación va en muchas direcciones diferentes. Mi esperanza es que este documento ayude a centrar los esfuerzos en todo el mundo”.

El trabajo es un paso más hacia una planta de energía de fusión práctica, dice Sarri, pero nadie debería esperar ver un reactor comercial en los próximos cinco o incluso diez años.

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