Una nueva actualización teórica podría desbloquear cantidades significativamente mayores de energía de fusión.

El experimento de fusión más grande del mundo, ITER, puede liberar más poder de lo que se pensaba anteriormente.

Esto se debe a que un equipo de científicos del Swiss Plasma Center, uno de los principales institutos de investigación de fusión nuclear del mundo, ha publicado un estudio que actualiza un principio fundamental de la generación de plasma, comunicado de prensa revela.

Su investigación muestra que el próximo tokamak ITER puede operar utilizando el doble de la cantidad de hidrógeno que se cree que está a plena capacidad, lo que significa que podría generar grandes cantidades de energía de fusión nuclear más de lo que se pensaba anteriormente.

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    Subiendo el listón de la fusión nuclear

    "Una de las limitaciones de producir plasma dentro de un tokamak es la cantidad de hidrógeno que se le puede inyectar", explicó Paolo Ricci, del Swiss Plasma Center en el Politécnica Federal de Lausana (EPFL).

    "Desde los primeros días de la fusión, sabemos que si intentas aumentar la densidad del combustible, en algún momento se producirá lo que llamamos 'interrupción': básicamente pierdes el confinamiento por completo y el plasma se va por todas partes", continuó Ricci. . "Entonces, en la década de 1980, la gente estaba tratando de idear algún tipo de ley que pudiera predecir la densidad máxima de hidrógeno que se puede poner en un tokamak".

    En 1988, el científico de fusión Martin Greenwald publicó una famosa ley que correlaciona la densidad del combustible con el radio menor de un tokamak (el radio del círculo interior del reactor esférico), así como con la corriente que fluye en el plasma contenido en el tokamak. La ley, denominada "límite de Greenwald", se ha convertido en un principio fundamental de la investigación de la fusión nuclear y ha guiado la estrategia detrás del experimento de fusión más grande del mundo, el ITER de Europa.

    Ahora, el nuevo estudio del equipo de la EPFL, publicado en Cartas de revisión físicadestaca el hecho de que el límite de Greenwald se derivó de datos experimentales.

    "Greenwald derivó la ley empíricamente, es decir, completamente de datos experimentales - No es una teoría probada, o lo que llamaríamos 'primeros principios' ", explicó Ricci. Sin embargo, el límite funcionó lo suficientemente bien para la investigación. Y, en algunos casos, como DEMO (el sucesor de ITER), esta ecuación es un gran límite para su funcionamiento porque dice que no es posible aumentar la densidad del combustible más allá de un cierto nivel".

    En colaboración con otros equipos internacionales de tokamak, el equipo de la EPFL diseñó un experimento de última generación que les permitió medir con precisión la cantidad de combustible inyectado en un tokamak. La encuesta se realizó en los tokamaks más grandes del mundo: el Joint European Torus (JET) en el Reino Unido, el ASDEX Upgrade en Alemania (Max Plank Institute) y el tokamak EPFL TCV. Los experimentos conjuntos fueron coordinados por el Consorcio EUROfusion.

    Mientras se llevaban a cabo esos experimentos, Maurizio Giacomin, estudiante de doctorado en el grupo de Ricci, analizó los procesos físicos que limitan la densidad en los tokamaks para derivar una ley de primeros principios que correlaciona la densidad del combustible con el tamaño del tokamak. Para hacer esto, tuvieron que ejecutar simulaciones utilizando algunas de las computadoras más grandes del mundo, incluidas algunas de CSCS, el Centro Nacional de Supercomputación de Suiza.

    "Lo que encontramos, a través de nuestras simulaciones", explicó Ricci, "es que cuando se agrega más combustible al plasma, partes de este se mueven desde la capa exterior fría del tokamak, el límite, de regreso a su núcleo, porque el plasma se vuelve más turbulento”.

    A diferencia del alambre de cobre, que se vuelve más fuerte a medida que se calienta, los investigadores dicen que el plasma se vuelve más fuerte a medida que se enfría. Esto significa que cuanto más combustible agregue a la misma temperatura, más frío se enfría, lo que dificulta que la corriente fluya hacia el plasma.

    Una nueva ecuación para el límite de combustible en un tokamak

    Aunque simular la turbulencia en el plasma fue un gran desafío, Ricci y su equipo pudieron hacerlo y escribieron una nueva ecuación para el límite de combustible en un tokamak basada en su investigación. Según los investigadores, la nueva ecuación hace justicia al límite de Greenwald, al mismo tiempo que lo actualiza sustancialmente.

    Básicamente, la nueva ecuación asume que el límite de Greenwald se puede elevar a casi el doble de su cifra actual en lo que respecta al combustible utilizado en ITER, lo que significa que puede usar casi el doble de combustible sin interrupción.

    ITER y otros proyectos tokamak globales tienen como objetivo liberar el poder de la fusión nuclear, que tiene el potencial de producir energía casi ilimitada, utilizando el mismo método que el sol y las estrellas. ITER debería entrar en funcionamiento con reacciones de hidrógeno de baja potencia en 2025.

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