Los científicos han revisado un estatuto «fundamental» para incorporar la investigación energética que podría permitir más combustible de hidrógeno en reactoresayudando potencialmente a extraer más energía de la fusión de lo que se pensaba anteriormente.
El estudio fue publicado a principios de este mes en el Journal of revista Cartas de revisión físicaque un próximo megaproyecto internacional podría funcionar con el doble de combustible de hidrógeno y, por lo tanto, generar más energía.
fusión nuclear Se trata de fusionar dos núcleos atómicos en uno, liberando así enormes cantidades de energía, un proceso que ocurre todos los días de forma natural en el Sol, cuyo calor proviene de núcleos de hidrógeno Fusión en átomos de helio más pesados. nuclear convencional Energía En cambio, las plantas dependen de la fisión, en la que un átomo de uranio se divide con un neutrón, liberando una gran cantidad de energía en forma de calor y radiación.
El Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER) es un próximo proyecto de fusión masiva que tiene como objetivo replicar los procesos de fusión del Sol para generar energía en la Tierra.
Los investigadores del proyecto, incluidos los del Swiss Plasma Center (SPC), dicen que su objetivo es producir plasma de alta temperatura, el cuarto estado de la materia, que proporcione el entorno adecuado para que se produzca la fusión.
Los científicos explican que el plasma es un estado de materia ionizada, similar a un gas, formado por núcleos cargados positivamente y electrones cargados negativamente, un millón de veces menos denso que el aire que respiramos.
Se crea al exponer el «combustible de fusión» (átomos de hidrógeno) a temperaturas extremadamente altas, aproximadamente 10 veces más altas que las del núcleo del Sol, y forzando a los electrones a separarse de sus núcleos atómicos.
En los reactores de fusión, el proceso ocurre dentro de una estructura en forma de rosquilla llamada tokamak.
En el nuevo estudio, los científicos muestran que el próximo tokamak ITER podría operar teóricamente con el doble de hidrógeno y, por lo tanto, generar más energía de fusión de lo que se pensaba anteriormente.
«Para producir plasma de fusión, hay que pensar en tres cosas: alta temperatura, alta densidad de combustible de hidrógeno y buen confinamiento», dijo en un comunicado el coautor del estudio, Paolo Ricci, del Swiss Plasma Center.
«Una de las limitaciones para hacer el plasma dentro del tokamak es la cantidad de combustible de hidrógeno que puede inyectarle», agregó el Dr. Ritchie.
Desde los primeros días de la fusión, los científicos han asumido que a medida que aumenta la densidad del combustible en algún momento, habrá ‘turbulencias’.
«Básicamente, pierdes el confinamiento por completo y el plasma va a cualquier parte. En la década de 1980, la gente estaba tratando de idear algún tipo de ley que pudiera predecir la densidad máxima de hidrógeno que se podía poner dentro de un tokamak», explicó el Dr. Ritchie.
En 1988, el científico de fusión Martin Greenwald ideó una ley que relaciona la densidad del combustible con el pequeño radio del tokamak, la corriente que fluye en el plasma dentro del tokamak.
Los científicos dicen que el «límite de Greenwald» fue un principio fundamental de la investigación de fusión con la estrategia de ITER para construir un tokamak basado en él.
Greenwald derivó la ley empíricamente, y esto enteramente de datos experimentales«No es una teoría probada, o lo que llamamos ‘primeros principios'», explica el Dr. Ritchie.
«Sin embargo, el límite funcionó bien en la investigación. En algunos casos, como DEMO (el sucesor de ITER), esta ecuación es un gran límite para su funcionamiento porque establece que no se puede aumentar la densidad del combustible por encima de un cierto nivel».
Para probar la teoría, los científicos realizaron simulaciones utilizando tecnología muy avanzada para controlar con precisión la cantidad de combustible inyectado en el tokamak.
Los investigadores encontraron que a medida que se agregaba más combustible al plasma, partes del mismo se movían desde la capa exterior fría del tokamak, el límite, hasta su núcleo, donde el plasma se vuelve más turbulento.
Y luego, a diferencia del cable de cobre eléctrico, que se vuelve más resistente cuando se calienta, el plasma se vuelve más resistente cuando se enfría. Entonces, cuanto más combustible le pongas a la misma temperatura, partes se enfriarán, y más difícil será que la corriente fluya en el plasma, lo que puede crear turbulencia”, explicó el Dr. Ritchie.
Luego, los investigadores pueden derivar una nueva ecuación de límite de combustible para el tokamak, que dicen que encaja bien con los experimentos.
Según la nueva investigación, los científicos dicen que el límite de Greenwald podría aumentar casi el doble en términos de combustible en ITER.
Dicen que un tokamak como ITER puede usar el doble de combustible para producir plasma sin preocuparse por las turbulencias.
«Esto es importante porque muestra que la intensidad que puede lograr en un tokamak aumenta con la fuerza que necesita para impulsarlo», agregó el Dr. Ritchie.
«De hecho, DEMO funcionará a una potencia mucho mayor que los tokamaks e ITER actuales, lo que significa que puede agregar más densidad de combustible sin reducir la producción, a diferencia de la Ley de Greenwald. Y esas son muy buenas noticias.
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