Los iones dentro de un reactor de fusión compacto de solo un metro de diámetro se han calentado a 100 millones de grados centígrados mágicos por primera vez, en un gran paso hacia la realización práctica de la energía de fusión nuclear.
Investigadores de Tokamak Energy Ltd en el Reino Unido, el Laboratorio Nacional de Princeton y Oak Ridge en los Estados Unidos y el Instituto para la Investigación de la Energía y el Clima en Alemania han batido récords en un tokamak esférico (ST), que, a diferencia de una «dona» circular , rastrea combustible caliente En reactores más grandes, el plasma está confinado a un vórtice «con forma de manzana» Diseñado para mejorar la estabilidad y la practicidad de la generación de energía.
La fusión nuclear imita los procesos fundamentales en el núcleo de nuestro Sol y estrellas similares, exprimiendo la energía de la fusión de elementos más pequeños en otros más grandes. Si lo hacemos bien, y esa es una gran palabra «si», significa una fuente casi inagotable de energía limpia, sin emisiones nocivas.
Si bien las estrellas tienen enormes cantidades de gravedad a su disposición para combinar elementos y liberar energía, nos vemos obligados a depender del calor. Tanto calor, de hecho, equivalente a varias veces más caliente que el núcleo del Sol.
Cocinar los componentes atómicos, o iones, a por lo menos 100 millones de grados Celsius (básicamente a más de 100 millones de grados Kelvin, o 8,6 keV en términos de energía) es crucial para obtener las presiones correctas.
Temperaturas de iones por encima de 5 keV [kiloelettronvolt] No se ha logrado previamente en ningún ST y solo se ha logrado en dispositivos mucho más grandes con una energía de calentamiento de plasma significativamente mayor», escriben los investigadores en el artículo publicado.
En este caso se utilizó un tokamak esférico denominado ST40. Aparte de la maquinaria requerida para una operación segura, el reactor en sí tiene un tamaño de solo 0,8 metros, una fracción del tokamak más grande que puede tener varios metros de diámetro.
En comparación con los reactores de fusión más grandes, estos pequeños dispositivos son más baratos de construir y potencialmente más eficientes y estables, todas ventajas si desea que la tecnología sea comercialmente viable.
Para lograr el nuevo récord de temperatura, los investigadores utilizaron una serie de mejoras, incluido el uso de la propia ST y el método de preparación del plasma en términos de calentamiento y densidad de electrones.
Parte de la tecnología se tomó prestada de los «súper» experimentos realizados en la década de 1990 en el reactor de prueba de fusión Tokamak, que es mucho más grande que el reactor ST40. Básicamente, el enfoque implicó aplicar mucho calor en un período de tiempo muy corto.
Otro truco de mejora aplicado por los científicos es calentar los iones cargados positivamente más que los electrones cargados negativamente dentro del plasma. Este modo, conocido como modo de iones calientes, ayuda a aumentar el número de reacciones y el rendimiento del tokamak.
«Estas temperaturas se lograron en escenarios de modo de iones calientes, donde la temperatura de los iones excede la temperatura de los electrones, generalmente por un factor de dos o más», escriben los investigadores.
Si bien este descubrimiento y otros similares son ciertamente emocionantes, la fusión nuclear aún se encuentra en etapas experimentales, con muchos obstáculos que superar antes de que pueda considerarse una fuente de energía práctica. No todos creen que la generación de energía de fusión nuclear será posible, dados los desafíos técnicos que se avecinan.
Estos desafíos también se destacan aquí: la temperatura máxima se alcanzó durante solo 150 ms. Excelente resultado en el laboratorio, pero no mucho tiempo para hacer una contribución concreta a la red eléctrica.
Sin embargo, cada descubrimiento nos acerca al objetivo final, y esto es especialmente notable si se tiene en cuenta que los tokamak esféricos son una de las opciones más prometedoras para crear reacciones de fusión nuclear para que las ecuaciones económicas y energéticas necesarias tengan sentido.
«Estos resultados muestran por primera vez que las temperaturas de iones relevantes para la fusión por confinamiento magnético comercial se pueden lograr en ST fusionadas de alto campo y son un buen augurio para las plantas de energía de fusión basadas en este tipo de ST», escribieron los investigadores.
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