Los físicos del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) han dado un paso fundamental hacia la fusión nuclear al identificar la fuente del colapso de la energía térmica que precede a las interrupciones en el proceso de fusión que pueden dañar las plantas de fundición de Tokamak, según a un comunicado de prensa del instituto publicado el martes. Este desarrollo podría superar uno de los desafíos más críticos que enfrentan las futuras instalaciones de fusión ahora y en el futuro.
Los científicos han atribuido el colapso al desorden tridimensional de los fuertes campos magnéticos del tokamak. "Hemos propuesto una nueva forma de comprender las líneas de campo [desordenadas], que generalmente se han ignorado o modelado de manera deficiente en estudios anteriores", dijo Min-Gu Yoo, investigadora postdoctoral en PPPL y autora principal del nuevo estudio.
Los campos magnéticos se utilizan en las plantas de fusión como sustituto de la poderosa gravedad que mantiene las reacciones de fusión en los cuerpos celestes. Sin embargo, en experimentos de laboratorio, estos campos están desordenados por la inestabilidad del plasma, lo que da como resultado un plasma súper caliente que escapa rápidamente del confinamiento. El calor resultante puede dañar las paredes de las plantas de fusión. El problema era que este tipo de comportamiento era hasta ahora impredecible, exponiendo las plantas a accidentes peligrosos y costosos:
"En el caso de una perturbación severa, las líneas de campo se vuelven totalmente [desordenadas] como espaguetis y rápidamente se conectan a la pared en longitudes muy diferentes", dijo el físico investigador principal Weixing Wang. "Esto trae la enorme energía térmica del plasma contra la pared".
Poder predecir el comportamiento de los campos magnéticos permite hacer menos arriesgado y, sobre todo, predecible el proceso de preparación de la fusión, también a través de la técnica tradicional de
Científicos de todo el mundo están trabajando para capturar y dirigir el proceso de fusión atómica en la Tierra para desarrollar una fuente de energía limpia, libre de carbono y posiblemente inagotable capaz de generar electricidad.
Un obstáculo hasta ahora desconocido era la forma tridimensional, o topología, de las líneas de campo desordenadas provocadas por la inestabilidad turbulenta. Esta topología está en el origen de la creación de pequeñas "colinas" y "depresiones" en las que algunas partículas quedan atrapadas, mientras que otras chocan contra las paredes de la máquina.
"La existencia de estas colinas es responsable de la rápida caída de la temperatura, el llamado enfriamiento térmico, ya que permiten que más partículas escapen de la pared del tokamak", dijo Yoo. “Lo que hemos mostrado en el artículo es cómo dibujar un buen mapa para comprender la topología de las líneas de campo. Sin colinas magnéticas, la mayoría de los electrones habrían quedado atrapados en el flujo magnético. y no podría haber producido la extinción térmica observada en los experimentos”.
Por lo tanto, el modelado de plasma acelerará en gran medida el proceso de concentración de plasma y la posibilidad de obtener una fusión incluso con las tecnologías más extendidas de tokamaks.
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