Alemania da un paso clave para mantener el rendimiento del plasma en un reactor de fusión

Un reactor experimental de fusión nuclear en Alemania, de tipo estellarator, ha demostrado un paso clave para mantener el calor y el rendimiento del plasma que alimenta estas reacciones de energía.

Estas instalaciones buscan aprovechar en la Tierra las reacciones de fusión que alimentan al sol y las estrellas. Wendelstein 7-X (W7-X), construida y alojada en el Instituto Max Planck de Física del Plasma con PPPL (Laboratorio de Física de Plasma de Princeton) está diseñada para mejorar el rendimiento y la estabilidad del plasma: el estado caliente y cargado de la materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos, o iones, que constituyen el 99 por ciento del universo visible.

Las reacciones de fusión unen iones para liberar cantidades masivas de energía, el proceso que los científicos buscan **crear y controlar en la Tierra para producir energía segura, ** limpia y prácticamente ilimitada para generar electricidad para toda la humanidad.

La investigación reciente sobre el W7-X tuvo como objetivo determinar si el diseño de la instalación avanzada podría moderar la fuga de calor y partículas desde el núcleo del plasma que ha retrasado durante mucho tiempo el avance de los reactores tipo estellarator. "Esa es una de las preguntas más importantes en el desarrollo de dispositivos de fusión estellarator", dijo el físico de PPPL Novimir Pablant, autor principal de un artículo que describe los resultados en Nuclear Fusion.

Su trabajo valida un aspecto importante de los hallazgos. La investigación, combinada con los hallazgos de un artículo aceptado por el físico de Max Planck Sergey Bozhenkov y un artículo en revisión por el físico Craig Beidler del instituto, demuestra que el diseño avanzado de hecho modera la fuga. "Nuestros resultados mostraron que tuvimos una primera visión de nuestros regímenes de física específicos mucho antes de lo esperado", dijo el físico de Max Planck Andreas Dinklage.

La fuga, llamada "transporte", es un problema común para los reactores estellarator y los dispositivos de fusión más utilizados llamados tokamaks que tradicionalmente han afrontado mejor el problema. Dos condiciones dan lugar al transporte en estas instalaciones, que confinan el plasma en campos magnéticos que orbitan las partículas.

Estas condiciones son, en primer lugar, la turbulencia --los remolinos rebeldes del plasma pueden desencadenar el transporte--; y en segundo, las colisiones y órbitas --las partículas que orbitan las líneas del campo magnético a menudo pueden colisionar, sacándolas de sus órbitas y causando lo que los físicos llaman "transporte neoclásico--.

Los diseñadores del estellarator W7-X buscaron reducir el transporte neoclásico moldeando cuidadosamente las complejas bobinas magnéticas tridimensionales que crean el campo magnético confinado. Para probar la efectividad del diseño, los investigadores investigaron aspectos complementarios del mismo.

Pablant descubrió que las mediciones del comportamiento del plasma en experimentos anteriores del W7-X coincidían bien con las predicciones de un código desarrollado por Matt Landreman de la Universidad de Maryland que es paralelo a los que los diseñadores usaron para dar forma a las bobinas del W7-X. Bozhenov echó un vistazo detallado a los experimentos y Beidler trazó el control de la fuga hasta el diseño avanzado del estellarator.

"Esta investigación valida las predicciones sobre lo bien que el diseño optimizado del W7-X reduce el transporte neoclásico", dijo Pablant. En comparación, agregó, "a los reactores estellarator no optimizados les ha ido muy mal" en el control del problema.

Un beneficio adicional del diseño optimizado es que revela de dónde proviene la mayor parte del transporte en el estellarator W7-X. "Esto nos permite determinar cuánto transporte turbulento está ocurriendo en el núcleo del plasma", dijo Pablant. "La investigación marca el primer paso para demostrar que los diseños de reactores estellarator de alto rendimiento como el W-7X son una forma atractiva de producir un reactor de fusión limpio y seguro".