Las futuras reacciones de fusión dentro de los tokamaks podrían producir mucha más energía de lo que se pensaba anteriormente, gracias a una nueva e innovadora investigación que encontró que una ley fundamental para tales reactores era incorrecta.
La investigación, dirigida por físicos del Centro Suizo de Plasma de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EFPL), ha determinado que la densidad máxima del combustible de hidrógeno es aproximadamente el doble del «Límite de Greenwald», una estimación derivada de experimentos de hace más de 30 años.
El descubrimiento de que los reactores de fusión pueden funcionar con densidades de plasma de hidrógeno que son mucho más altas que el límite de Greenwald para el que fueron construidos influirá en el funcionamiento del enorme tokamak ITER que se está construyendo en el sur de Francia y afectará en gran medida los diseños de los sucesores de ITER, llamados Reactores de fusión de plantas de energía de demostración (DEMO), dijo el físico Paolo Ricci en el Swiss Plasma Center.
«El valor exacto depende de la potencia», dijo Ricci a WordsSideKick.com. “Pero como estimación aproximada, el aumento es del orden de un factor de dos en ITER”.
Ricci es uno de los líderes del proyecto de investigación, que combinó el trabajo teórico con los resultados de aproximadamente un año de experimentos en tres reactores de fusión diferentes en toda Europa: EPFL’s Tokamak à Configuration Variable (TVC (se abre en una pestaña nueva)), el toro común europeo (CHORRO (se abre en una pestaña nueva)) en Culham en el Reino Unido y el Experimento del desviador axialmente simétrico (ASDEX (se abre en una pestaña nueva)) Actualizar tokamak en el Instituto Max Planck de Física del Plasma en Garching en Alemania.
También es uno de los autores principales de un estudio sobre el descubrimiento publicado el 6 de mayo en la revista Cartas de revisión física (se abre en una pestaña nueva).
Fusión futura
Los tokamaks en forma de rosquilla son uno de los diseños más prometedores para los reactores de fusión nuclear que algún día podrían usarse para generar electricidad para las redes eléctricas.
Los científicos han trabajado durante más de 50 años para hacer realidad la fusión controlada; A diferencia de la fisión nuclear, que genera energía al romper núcleos atómicos muy grandes, la fusión nuclear podría generar aún más energía al unir núcleos muy pequeños.
El proceso de fusión genera muchos menos desechos radiactivos que la fisión, y el hidrógeno rico en neutrones que utiliza como combustible es relativamente fácil de obtener.
El mismo proceso alimenta a estrellas como el sol, razón por la cual la fusión controlada se compara con una «estrella en un frasco»; pero debido a que la presión muy alta en el corazón de una estrella no es factible en Tierralas reacciones de fusión aquí abajo requieren temperaturas más altas que el sol para operar.
Él temperatura dentro del tokamak TCVpor ejemplo, puede tener más de 216 millones de grados Fahrenheit (120 millones de grados Celsius), casi 10 veces la temperatura del núcleo de fusión del sol, que es de aproximadamente 27 millones F (15 millones C).
Varios proyectos de energía de fusión se encuentran ahora en una etapa avanzada, y algunos investigadores piensan el primer tokamak para generar electricidad para la red podría estar funcionando en 2030Live Science informó anteriormente.
Más de 30 gobiernos de todo el mundo también están financiando el tokamak ITER («Iter» significa «el camino» en latín) que debe producir sus primeros plasmas experimentales en 2025.
ITER, sin embargo, no está diseñado para generar electricidad; pero ahora se están diseñando tokamaks basados en ITER, llamados reactores DEMO, que podrían estar funcionando en 2051.
Problemas de plasma
En el corazón de los nuevos cálculos se encuentra el límite de Greenwald, llamado así por el físico del MIT Martin Greenwald, quien determinó el límite en 1988.
Los investigadores estaban tratando de descubrir por qué sus plasmas de fusión se volvieron efectivamente incontrolables (se expandieron fuera de los campos magnéticos que los contenían dentro de la cámara del tokamak) cuando aumentaron la densidad del combustible más allá de cierto punto, y Greenwald derivó un límite experimental basado en un tokamak. radio menor (el tamaño del círculo interior de la rosquilla) y la cantidad de corriente eléctrica que pasa a través del plasma.
Aunque los científicos habían sospechado durante mucho tiempo que se podía mejorar el límite de Greenwald, ha sido una regla fundamental de la investigación de la fusión durante más de 30 años, dijo Ricci. Por ejemplo, es un principio rector del diseño de ITER.
Sin embargo, el último estudio amplía tanto los experimentos como la teoría que Greenwald usó para derivar su límite, lo que da como resultado un límite de densidad de combustible mucho más alto que aumentará la capacidad de ITER y afectará los diseños de los reactores DEMO que vienen después. él dijo.
La clave fue el descubrimiento de que un plasma puede sostener una mayor densidad de combustible a medida que aumenta la potencia de salida de una reacción de fusión, dijo.
Todavía no es posible saber cómo un aumento tan grande en la densidad del combustible afectará la producción de energía de los tokamaks, dijo Ricci, pero es probable que sea significativo; y la investigación muestra que una mayor densidad de combustible hará que los reactores de fusión sean más fáciles de operar.
“Hace que las condiciones de fusión seguras y sostenibles sean más fáciles de lograr”, dijo. “Te permite llegar al régimen que deseas, para que el reactor de fusión pueda funcionar correctamente”.
Publicado originalmente en Live Science.
