Ciencia

Los expertos arrojan luz sobre las interrupciones que impiden la fusión nuclear práctica

La fusión nuclear es un proceso que ocurre naturalmente en estrellas como el Sol, tomando núcleos de hidrógeno y combinándolos para formar helio, liberando cantidades colosales de energía en el proceso. Conocida como la fuente de energía del «santo grial», la fusión tiene el potencial de generar más de cuatro millones de veces la cantidad de energía liberada por una reacción química equivalente, como la quema de carbón, petróleo o gas, y cuatro veces la de la fisión nuclear. que implica la división de los átomos.

La fusión requiere temperaturas y presiones extremas que se crean en las estrellas como resultado de su inmensa masa y atracción gravitacional.

Lograr las mismas condiciones en la Tierra requiere atrapar plasma súper caliente, un estado cargado de materia compuesto de electrones libres y núcleos atómicos, dentro de un campo magnético en forma de rosquilla en una máquina llamada tokamak.

Sin embargo, se sabe que estos dispositivos experimentan desconcertantes colapsos de calor seguidos de importantes interrupciones en el plasma que pueden dañar el reactor circundante.

En su estudio, el Dr. Min-Gu Yoo del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton del Departamento de Energía de EE. UU. y sus colegas atribuyeron este colapso al desorden tridimensional de los campos magnéticos que confinan el plasma supercaliente.

El Dr. Yoo dijo: «Propusimos una forma novedosa de comprender las líneas de campo, que generalmente se ignoraba o se modelaba mal en los estudios anteriores».

A través de simulaciones experimentales, el equipo descubrió que el plasma podía escapar rápidamente del confinamiento si el campo magnético estaba desordenado por inestabilidades en el plasma.

Liberado de su prisión magnética, el plasma de un millón de grados puede golpear las paredes del reactor de fusión circundante y causar un daño considerable.

El coautor del artículo y compañero físico de plasma, Weixing Wang, dijo: “En el caso de una interrupción importante, las líneas de campo se desordenan por completo, como espaguetis, y se conectan rápidamente a la pared.

“Eso trae una enorme energía térmica de plasma contra la pared”.

Lo que no se sabía previamente era la llamada «topología» -o forma tridimensional- que toman las líneas del campo magnético cuando se desordenan por inestabilidades turbulentas en el plasma de fusión.

Los investigadores encontraron que la topología desordenada forma «pequeñas colinas y valles». Estos últimos atrapan partículas de plasma, mientras que las colinas les permiten «bajar rodando» e impactar las paredes del reactor tokamak circundante.

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Lo que hizo que la topología fuera tan difícil de entender, dijo el Dr. Yoo, fue la naturaleza compleja de las interacciones entre los campos eléctricos y magnéticos dentro del reactor.

Concluyó: “Esta investigación proporciona nuevos conocimientos físicos sobre cómo el plasma pierde su energía hacia la pared cuando hay líneas de campo magnético abiertas.

«La nueva comprensión sería útil para encontrar formas innovadoras de mitigar o evitar los enfriamientos térmicos y las interrupciones del plasma en el futuro».

Los hallazgos completos del estudio se publicaron en la revista Physics of Plasmas.

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