La energía de fusión tiene como objetivo proporcionar una fuente de energía revolucionaria, pero lograrlo sigue estando siempre a la vuelta de la esquina tecnológica.
¿Quién hubiera pensado que aprovechar el mismo proceso básico que alimenta al Sol sería tan complicado?
Actualmente, muchos reactores de fusión experimentales tienen la deliciosa forma de “rosquilla”, llamada tokamak. O, según su etimología de siglas rusas, una cámara toroidal y una bobina magnética.
En términos más amplios y emocionantes, un tokamak es como una estrella en miniatura en la Tierra.
Un tokamak utiliza intensos campos magnéticos para calentar el plasma a 150 millones de grados Celsius (270 millones de grados Fahrenheit), aproximadamente diez veces la temperatura en el núcleo del Sol, lo que hace que los isótopos pesados de hidrógeno se fusionen y liberen una inmensa energía.
Ese es el objetivo, de todos modos, pero está plagado de dificultades.
Por ejemplo, un problema integral es la turbulencia que se forma en este plasma astronómicamente caliente, lo que hace que pierda calor.
O eso se pensaba, pero la relación entre inestabilidad y turbulencia está resultando más complicada, lo que puede darle la vuelta a esta suposición.
En un artículo publicado recientemente en Physical Review Letters, los investigadores utilizaron el tokamak operativo más grande de América del Norte, la Instalación Nacional de Fusión DIII-D en San Diego, California, para proporcionar la primera evidencia experimental de que un tipo de inestabilidad del plasma en realidad puede mejorar el rendimiento de los reactores de fusión.
Específicamente, los investigadores proporcionaron evidencia de que las corrientes eléctricas impulsadas por modos propios de Alfvén (AE), u ondas de plasma, facilitan un efecto de autorregulación que detiene la turbulencia en seco.
En general, los EA se han considerado un obstáculo para el rendimiento de la fusión porque pueden degradar la contención de partículas energéticas.
frameborder=”0″ enable=”accelerómetro; reproducción automática; escritura en portapapeles; medios cifrados; giroscopio; imagen en imagen; compartir web” referrerpolicy=”origen-estricto-cuando-origen-cruzado” enablefullscreen>Pero, respaldados por teorías y simulaciones, los investigadores demuestran que los EA también pueden impulsar flujos de plasma y corrientes electromagnéticas que crean flujos de corte.
Este flujo de corte suprime la turbulencia del plasma dentro del tokamak, aumentando la temperatura de los electrones y los iones (núcleos atómicos cargados) para crear condiciones más propicias para la fusión.
Esto, a su vez, reduce el transporte térmico, lo que puede parecer malo pero en realidad es todo lo contrario. En términos prácticos, un transporte reducido significa que más calor permanece confinado en el núcleo de plasma, en lugar de fugarse hacia afuera, lo que aumenta el potencial de fusión.
Los investigadores utilizaron una herramienta de diagnóstico de fusión nuclear llamada Efecto Motional Stark (MSE) para determinar los cambios magnéticos que ocurren dentro del tokamak.
En el tokamak DIII-D, MSE funciona disparando un haz de átomos de deuterio neutros al plasma y luego midiendo cómo el campo magnético cambiante del plasma altera la polarización de la luz emitida.
Este MSE reveló un cambio en un aspecto llamado factor de seguridad, una medida relacionada con cómo las líneas del campo magnético viajan alrededor de la dimensión larga (toroidal) del área de confinamiento interior y su dimensión corta (poloidal); imagine una de esas ‘patatas tornado’ en espiral suspendidas en un palo.
Según la integridad estructural de dicha papa, estas líneas forman una estructura helicoidal que atrapa el plasma, y el factor de seguridad es una de las cantidades que los físicos usan cuando analizan la estabilidad mientras gira alrededor del donut de cien millones de grados (sí, la física nuclear es una locura).
En consecuencia, los investigadores midieron un cambio del 5 por ciento en el factor de seguridad en 20 milisegundos, lo que interpretan como evidencia de corrientes zonales impulsadas por AE y dicen que es consistente con “estimaciones aproximadas”.
En general, el resultado es contrario a la intuición: las inestabilidades que se cree que interrumpen la fusión pueden en realidad autorregularse una vez que se alcanza un cierto umbral de energía.
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Por lo tanto, los físicos nucleares ahora tienen evidencia experimental de que los procesos AE ayudan a generar las fuerzas que realmente destruyen la turbulencia, aparentemente ayudando al ‘horno’ tokamak a calentarse para facilitar la fusión.
Sin embargo, todavía está en el horizonte poder aprovechar ese proceso autorregulador y de control de las turbulencias, pero qué horizonte tan brillante parece ser.
Este estudio fue publicado en Physical Review Letters.
Este artículo fue verificado por Rebecca Dyer y editado por Rebecca Dyer. Si bien nos enorgullecemos de nuestro proceso, somos humanos. Si detecta un error, háganoslo saber.