Investigadores del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton han descubierto que recubrir la superficie interna del recipiente que contiene el plasma de fusión nuclear con litio líquido es la mejor solución para mantener el plasma en altos niveles de energía.
La investigación, presentada en un nuevo artículo publicado en Nuclear Fusion , incluye observaciones, simulaciones numéricas y análisis de sus experimentos dentro de un contenedor de plasma de fusión llamado Lithium Tokamak Experiment-Beta (LTX-β).
El uso del plasma permite responder a una pregunta esencial en la gestión de la fusión nuclear: cuánta energía se puede añadir al plasma antes de que pierda el control. Las simulaciones realizadas con tokamaks recubiertos de litio líquido revelaron que
Sobre la base de hallazgos recientes que muestran la promesa de recubrir la superficie interna de un tokamak que contiene un plasma de fusión con litio líquido, permite a los investigadores determinar la densidad máxima de partículas neutras o sin carga en el borde de un plasma, antes del borde del el plasma se enfría y por tanto crea inestabilidad e imprevisibilidad en su comportamiento.
Conocer la densidad máxima de partículas neutras en el borde de un plasma de fusión es importante porque da a los investigadores una idea de cómo y cuánto alimentar la reacción de fusión, es decir, cuánta energía se puede agregar antes de que el sistema se vuelva inestable. Por tanto, el plasma es calculable y manejable.
El entorno único de LTX-β
El LTX-β es uno de los muchos recipientes de fusión en todo el mundo que contienen plasma en forma de rosquilla mediante campos magnéticos, es decir, es un tokamak toroidal. Lo que hace especial a este tokamak es que sus paredes internas pueden recubrirse, casi por completo, con litio. Esto cambia radicalmente el comportamiento de las paredes, ya que el litio retiene un porcentaje muy elevado de átomos de hidrógeno procedentes del plasma. Sin litio, mucho más hidrógeno rebotaría en las paredes y regresaría al plasma. A principios de 2024, el equipo de investigación informó que este entorno de reciclaje reducido del hidrógeno mantiene caliente el borde del plasma, lo que lo hace más estable y proporciona espacio para un mayor volumen de plasma.
Richard Majeski, físico investigador senior de PPPL y líder de LTX-β, dijo: "Estamos tratando de demostrar que una pared de litio puede permitir un reactor de fusión más pequeño, lo que resultará en una mayor densidad de potencia". En última instancia, esta investigación podría dar como resultado una fuente de energía de fusión rentable que el mundo necesita.
El toroide LTX-Beta en una representación
Con el nuevo artículo, el equipo LTX-β ha publicado más resultados que muestran la relación entre el combustible de plasma y su estabilidad. En particular, los investigadores encontraron la densidad máxima de partículas neutras en el borde de un plasma dentro de LTX-β antes de que el borde comience a enfriarse, lo que podría provocar problemas de estabilidad. Los investigadores creen que pueden reducir la probabilidad de algunas inestabilidades manteniendo la densidad en el borde del plasma por debajo del nivel recién definido de 1 x 1019 m-3. Es la primera vez que se establece un nivel de este tipo para LTX-β, y saberlo es un paso importante en su misión de demostrar que el litio es la opción ideal para el revestimiento interno de un tokamak, porque los orienta hacia las mejores prácticas para el litio. … alimentando sus plasmas.
En LTX-β, la fusión se impulsa de dos maneras: utilizando bocanadas de gas hidrógeno desde el borde y un haz de partículas neutras. Los investigadores están perfeccionando cómo utilizar ambos métodos en conjunto para crear un plasma óptimo que sostendrá la fusión durante mucho tiempo en futuros reactores de fusión, mientras genera suficiente energía para que sea práctico para la red eléctrica.
Métodos mejorados para mantener una temperatura uniforme en el plasma.
Los físicos suelen comparar la temperatura del borde con la del núcleo para medir qué tan fácil será manipular el plasma. Dibujan estos números en una gráfica y consideran la pendiente de la recta. Si la temperatura del núcleo interior y del borde exterior son casi iguales, la línea es casi plana, por lo que se denomina perfil de temperatura plano. Si la temperatura del borde exterior es significativamente más baja que la del núcleo interior, los científicos lo llaman perfil de temperatura máxima.
Santanu Banerjee, físico investigador del PPPL y autor principal del nuevo trabajo, explicó: “El equipo determinó la densidad máxima de partículas neutras más allá del borde de un plasma que aún permite un perfil de temperatura plano. Si excede esa cantidad de neutros en el borde, la temperatura del borde disminuye y termina en un perfil de temperatura en alza”.
“La densidad neutra en sí misma es el umbral para las inestabilidades conocidas como modos de desgarro. Más allá de esa densidad, hay una desestabilización de las lágrimas del plasma y esto provoca amenazas al plasma y puede detener la reacción de fusión si no se controlan”, añadió.
Si las inestabilidades se vuelven demasiado grandes, la reacción de fusión terminará. Para respaldar la red eléctrica, los investigadores están descubriendo las mejores formas de gestionar un plasma de fusión para que la reacción sea estable.
Mientras tanto, el trabajo en el proyecto continúa. El ingeniero de PPPL, Dylan Corl, está optimizando la dirección en la que se inyecta en el tokamak el haz neutro, utilizado para calentar el plasma. "Básicamente estamos creando una nueva puerta", dijo Corl. Utiliza un modelo 3D del LTX-β, probando diferentes trayectorias del haz para asegurarse de que el haz no golpee otra parte del equipo, como los instrumentos utilizados para medir plasma. "Encontrar el mejor ángulo fue un desafío, pero creo que ahora lo hemos encontrado", dijo Corl.
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El artículo La Universidad de Princeton da un paso adelante en el control del plasma para la fusión nuclear procede de Escenarios Económicos .
Esta es una traducción automática de una publicación publicada en Scenari economici en la URL https://scenarieconomici.it/luniversita-di-princeton-compie-un-passo-avanti-nel-controllo-del-plasma-per-la-fusione-nucleare/ el Tue, 09 Apr 2024 05:15:43 +0000.