Un limpiador doméstico responde a un reto de la energía de fusión
Agregar un agente de limpieza doméstico común, el boro mineral contenido en limpiadores como el bórax, puede mejorar la capacidad para confinar el calor necesario para producir reacciones de fusión.
Los físicos del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL), en colaboración con investigadores japoneses, realizaron la observación en el Large Helical Device (LHD) en Japón, una instalación magnética retorcida que los japoneses llaman "heliotrón".
Los resultados demostraron por primera vez un régimen novedoso para confinar el calor en instalaciones conocidas como estelaradores, similares al heliotrón. Los hallazgos podrían promover el diseño retorcido de estos dispositivos como modelo para futuras plantas de energía de fusión, según los investigadores.
Los investigadores produjeron el régimen de confinamiento superior inyectando diminutos granos de polvo de boro en el plasma del LHD que alimenta las reacciones de fusión. La inyección a través de un cuentagotas instalado con el PPPL redujo drásticamente los remolinos y turbulencias y aumentó el calor confinado que produce las reacciones.
"Pudimos ver este efecto muy claramente", dijo en un comunicado el físico de PPPL Federico Nespoli, autor principal de un artículo que detalla el proceso en la revista Nature Physics. "Mientras más energía ponemos en el plasma, mayor es el aumento de calor y confinamiento, lo que sería ideal en las condiciones reales del reactor".
Los estelaradores, construidos por primera vez en la década de 1950 bajo el fundador de PPPL, Lyman Spitzer, son un concepto prometedor que lleva mucho tiempo compitiendo con las instalaciones magnéticas simétricas llamadas tokamaks como dispositivo líder para producir energía de fusión. Una historia de confinamiento de calor relativamente pobre ha jugado un papel en contra de estos dispositivos, que pueden operar en un estado estable con poco riesgo de las interrupciones de plasma que enfrentan los tokamaks.
La fusión combina elementos ligeros en forma de plasma, el estado caliente y cargado de la materia compuesto de electrones libres y núcleos atómicos, o iones, que constituye el 99 por ciento del universo visible, para liberar cantidades masivas de energía. Tokamaks y estelaradores son los principales diseños magnéticos para los científicos que buscan cosechar energía de fusión segura, limpia y prácticamente ilimitada para generar energía de fusión para la humanidad.
Aunque el boro se ha utilizado durante mucho tiempo para acondicionar las paredes y mejorar el confinamiento en los tokamaks, los científicos no habían visto antes "una reducción generalizada de la turbulencia y un aumento de la temperatura como el que se informa en este artículo", según el artículo. Además, en las observaciones no se observaron ráfagas dañinas de calor y partículas, llamadas modos localizados en el borde (ELM), que pueden ocurrir en tokamaks y estelaradores durante experimentos de fusión de alto confinamiento o modo H.
La notable mejora del calor y el confinamiento en el plasma del LHD puede deberse a la reducción de lo que se denomina inestabilidad del gradiente de temperatura iónica (ITG), según el documento, que produce turbulencias que hacen que el plasma se escape del confinamiento. La reducción de la turbulencia contrasta con un tipo de pérdida de calor llamado "transporte neoclásico", la otra causa principal de las partículas que escapan del confinamiento del estelarador.
Ahora está en marcha una nueva ronda de experimentos LHD que probará si la mejora en el calor y el confinamiento continúa para un mayor rango de tasas de inyección de masa, densidad de plasma y potencia de calentamiento. A Nespoli y sus colegas también les gustaría ver si el polvo de carbón puede funcionar tan bien como el boro. "El boro crea un revestimiento en la pared que es bueno para el confinamiento y el carbono no hará eso", dijo. "Queremos ver si todo el polvo es bueno o si es el boro lo que mejora las condiciones".
Los objetivos adicionales incluyen evaluar la capacidad del boro para mejorar el rendimiento del plasma durante la operación del LHD de estado estable, que es capaz de descargas de plasma extremadamente largas de hasta una hora. Tales experimentos podrían producir nuevas pruebas del valor del diseño del estelarador en el futuro.
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