Estamos más cerca de resolver uno de los mayores desafíos de la fusión nuclear: la estabilización del plasma a 150 millones de ºC

Estamos más cerca de resolver uno de los mayores desafíos de la fusión nuclear: la estabilización del plasma a 150 millones de ºC
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Para que el reactor de DEMO (DEMOnstration Power Plant) consiga demostrar la viabilidad comercial de la fusión nuclear durante la década de los 50 es imprescindible que los técnicos logren resolver varios retos. Uno de los de mayor envergadura consiste en desarrollar los materiales que será necesario utilizar en la construcción del reactor nuclear de DEMO. Este es el desafío al que se enfrenta el proyecto IFMIF-DONES (International Fusion Materials Irradiation Facility DEMO-Oriented NEutron Source).

El otro gran escollo que pone ante nosotros esta forma de obtención de energía requiere que encontremos la manera de estabilizar el plasma que actúa como combustible para evitar que degrade el manto, la cámara de vacío y otros componentes del reactor. Lograrlo sin mermar el rendimiento de la reacción de fusión nuclear no es sencillo, especialmente si tenemos presente que la interacción entre los núcleos de deuterio y tritio que contiene el plasma tiene lugar a una temperatura cercana a los 150 millones de grados centígrados.

Estabilizar la sopa de partículas que contiene el plasma a 150 millones de grados centígrados sin degradar el rendimiento de la reacción es un auténtico desafío

Actualmente varios grupos de investigación están trabajando en esta área, y la afrontan utilizando varias estrategias diferentes. Uno de los descubrimientos recientes más interesantes nos invita a ser moderadamente optimistas debido a que los núcleos de helio-4 ionizados que resultan de la fusión de los núcleos de deuterio y tritio, junto al neutrón que sale despedido hacia las paredes del contenedor con una energía de unos 14 MeV, tienen un efecto estabilizador sobre la zona periférica del plasma.

Un grupo de investigadores del MIT también ha realizado una contribución muy interesante en esta área. Propone utilizar en los imanes del reactor un nuevo material superconductor conocido como YBCO (Yttrium-Barium-Copper Oxide) que combina óxido de itrio, bario y cobre, y que persigue generar un campo magnético sensiblemente más intenso que el que producen los imanes convencionales. Y hace tan solo unos días el MIT, Princeton y otras instituciones estadounidenses nos han sorprendido con una contribución conjunta que aspira a marcar la diferencia en las estrategias de estabilización del plasma.

El modo Super-H puede ayudarnos a resolver uno de los grandes retos de la fusión nuclear

Los modelos con los que trabajan los investigadores reflejan que una manera eficaz de evitar que la altísima temperatura del plasma dañe el manto, que es la cobertura interior de la cámara de vacío, y, sobre todo, el divertor, que es la estructura de acero y tungsteno que da forma a la base de la cámara de vacío, consiste en refrigerar sus capas externas. El problema es que no es fácil hacerlo sin degradar perceptiblemente la reacción de fusión que tiene lugar en el núcleo del gas.

El modo Super-H propone incrementar la temperatura y la presión en las capas más externas del plasma para provocar que la producción de energía en la región interior sea mayor

El modo Super-H propone incrementar la temperatura y la presión en las capas más externas del plasma para provocar que la producción de energía en la región interior sea mayor. Pero hacerlo requiere refrigerar la zona del gas más próxima al divertor. Los investigadores han intentado hacerlo inyectando gases en el plasma que ejercen el efecto refrigerante buscado, pero han tropezado con un problema: estos gases acaban siendo transportados desde la región exterior hacia el núcleo del gas, y el rendimiento de la reacción se degrada perceptiblemente.

Divertor
El enorme componente que podemos ver en esta fotografía es solo una de las 54 piezas idénticas que dan forma a la base de la cámara de vacío del reactor. El divertor soporta el bombardeo de los neutrones de alta energía del plasma, transformando su energía cinética en calor.

Afortunadamente, hace unos días han comunicado que han dado con una solución muy prometedora a este desafío que consiste en inyectar nitrógeno en el plasma, actuando simultáneamente sobre el campo magnético generado por los imanes del reactor para controlar la forma del gas y atenuar su impacto sobre el divertor. Esta estrategia tiene un efecto refrigerante en la periferia del plasma sin degradar significativamente el rendimiento de la reacción en el núcleo del gas.

Los responsables de ITER han recibido esta noticia con los brazos abiertos debido a que este enfoque puede tener un impacto muy positivo en la puesta a punto del reactor de fusión nuclear que está siendo construido en la localidad francesa de Cadarache. No obstante, es probable que los reactores de fusión comerciales que, en teoría, llegarán después de DEMO, combinen varias de las estrategias de estabilización del plasma de las que hemos hablado en este artículo. Y, quizá, alguna más que posiblemente está por llegar. La fusión nuclear sigue su curso con un propósito claro: afrontar su incursión comercial en la década de los 60.

Imágenes | General Atomics | ITER

Más información | General Atomics

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