Noticias

Jun 13, 2023

Un reactor de fusión compacto de apenas 3 pies de ancho ha alcanzado un gran hito : ScienceAlert

Iones dentro de un reactor de fusión compacto de apenas un metro (menos de 3 pies) de ancho

Los iones dentro de un reactor de fusión compacto de apenas un metro (menos de 3 pies) de ancho se han calentado a la cifra mágica de 100 millones de grados Celsius (unos 180 millones de grados Fahrenheit) por primera vez en un paso monumental para hacer de la energía de fusión nuclear una práctica. realidad.

Investigadores de Tokamak Energy Ltd en el Reino Unido, el Laboratorio Nacional de Princeton y Oak Ridge en los EE. UU. y el Instituto para la Investigación de la Energía y el Clima en Alemania lograron el récord en un dispositivo en un tokamak esférico (ST), que a diferencia del más circular ' caminos en forma de rosquilla, el combustible calentado toma reactores más grandes, confina el plasma en un remolino en forma de manzana con núcleo destinado a mejorar la estabilidad y la practicidad de la generación de energía.

La fusión nuclear replica procesos fundamentales en el núcleo de nuestro propio Sol y estrellas similares, extrayendo energía de la fusión de elementos más pequeños en elementos más grandes. Si podemos hacerlo bien, y es un gran si, puede significar una fuente de energía prácticamente inagotable, aunque aún puede conllevar algunos riesgos.

Donde las estrellas tienen enormes cantidades de gravedad a su disposición para fusionar elementos y liberar energía, nos vemos obligados a depender del calor. Mucho calor, de hecho, equivalente a varias veces más caliente que el núcleo del Sol.

Cocinar los ingredientes atómicos, o iones, a por lo menos 100 millones de grados Celsius (esencialmente a más de 100 millones de grados Kelvin, o 8,6 kiloelectronvoltios en términos de energía) es crucial para lograr las presiones correctas.

"Las temperaturas de iones superiores a 5 keV [kiloelectronvoltios] no se han alcanzado previamente en ningún ST y solo se han obtenido en dispositivos mucho más grandes con una potencia de calentamiento de plasma sustancialmente mayor", escriben los investigadores en su artículo publicado.

En este caso se utilizó un tokamak esférico llamado ST40. Dejando a un lado la maquinaria necesaria para que funcione con seguridad, el reactor en sí tiene solo 0,8 metros de ancho, una mera fracción de los tokamaks más grandes que pueden extenderse varios metros de diámetro.

En comparación con los reactores de fusión más grandes, estos dispositivos más pequeños son más baratos de construir y potencialmente más eficientes y más estables, todas ventajas si desea que una tecnología sea comercialmente viable.

Los investigadores implementaron una serie de optimizaciones para alcanzar el nuevo récord de temperatura, incluido el uso del propio ST y la forma en que se preparó el plasma en términos de cómo se calentó y su densidad de electrones.

Algunas técnicas se tomaron prestadas de experimentos de "superdisparos" llevados a cabo en la década de 1990 en el reactor de prueba de fusión Tokamak, que es mucho más grande que el ST40. Esencialmente, el enfoque implicó la aplicación de mucho calor en un espacio de tiempo muy corto.

Otro truco de optimización aplicado por los científicos fue calentar los iones cargados positivamente más que los electrones cargados negativamente dentro del plasma. 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 de los electrones, generalmente por un factor de dos o más", escriben los investigadores.

Si bien este avance y otros similares son ciertamente emocionantes, la fusión nuclear aún se encuentra en una fase de prueba con múltiples obstáculos por superar antes de que pueda considerarse como una fuente práctica de energía. No todos creen que la producción de energía de fusión nuclear finalmente será posible, considerando los desafíos técnicos involucrados.

Esos desafíos también se destacan aquí: la temperatura máxima se alcanzó en apenas 150 milisegundos. Un buen logro en el laboratorio, pero no mucho tiempo para prácticamente contribuir con algo a la red de energía.

Aún así, cada descubrimiento nos acerca al objetivo final, y este es particularmente notable, considerando que los tokamaks esféricos son una de las opciones más prometedoras para crear reacciones de fusión nuclear de manera que las ecuaciones energéticas y económicas necesarias terminen teniendo sentido.

"Estos resultados demuestran por primera vez que las temperaturas iónicas relevantes para la fusión por confinamiento magnético comercial se pueden obtener en una ST compacta de alto campo y son un buen augurio para las plantas de energía de fusión basadas en la ST de alto campo", escriben los investigadores.

La investigación ha sido publicada en Nuclear Fusion.