Las reacciones de fusión nuclear generan grandes cantidades de energía. Un ejemplo de fusión nuclear son las reacciones que tienen lugar en el núcleo del Sol. Desde hace mucho tiempo, el aprovechamiento de la energía de fusión es uno de los objetivos de científicos e investigadores, ya que no produce emisiones de gases de efecto invernadero ni residuos radiactivos duraderos.
Sin embargo, la producción de energía de fusión se enfrenta a varios obstáculos, como el requisito de altas temperaturas y presiones, la inestabilidad del plasma, el coste, la escalabilidad y la búsqueda del equilibrio energético.
A pesar de estos retos, se han logrado avances significativos en la investigación de la energía de fusión.
Los tokamaks son un dispositivo utilizado en la fusión por confinamiento magnético. En estas reacciones, se utiliza un potente campo magnético para controlar y confinar el plasma caliente del combustible de fusión en el núcleo del reactor.
El plasma se calienta a altas temperaturas mediante inyección de haces neutros o calentamiento por radiofrecuencia. El objetivo principal es mantener un estado de plasma estable en el que las reacciones de fusión puedan producirse continuamente, proporcionando una fuente de energía ilimitada.
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Un estudio reciente realizado por investigadores del Oak Ridge National Laboratory (ORNL), el Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) y Tokamak Energy Ltd muestra un avance significativo en la investigación de la energía de fusión. El equipo ha alcanzado temperaturas de casi 100 millones de grados Celsius, necesarias para que las centrales de fusión generen energía comercial.
Además, han conseguido altas temperaturas en un tokamak compacto, ¡algo que no se había hecho antes!
Alcanzando altas temperaturas de iones en el ST40
En este estudio, los investigadores se centraron en perfeccionar las condiciones de funcionamiento de un tokamak esférico (ST) de alto campo llamado ST40. Comparado con otros dispositivos de fusión, el ST40 destaca por su menor tamaño y su plasma esférico.
El equipo utilizó un enfoque similar al del tokamak TFTR de los años 90, que generó más de 10 millones de vatios de potencia de fusión. El ST40 funcionó con un campo magnético toroidal (en forma de rosquilla) a valores ligeramente superiores a 2 Tesla.
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El equipo utilizó 1,8 millones de vatios de partículas neutras de alta energía para calentar el plasma. Aunque la descarga de plasma, o el periodo en el que se producían activamente las reacciones de fusión, fue de sólo 0,15 segundos, las temperaturas de los iones en el núcleo alcanzaron más de 100 millones de grados Celsius.
Además, el equipo usó el código de transporte TRANSP desarrollado en el PPPL para medir las temperaturas de los iones. Este código es útil porque tiene en cuenta los perfiles de temperatura medidos de las impurezas y el deuterio, el combustible primario utilizado en los reactores de fusión.
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Descubrieron que el rango de temperaturas de las impurezas era superior a 8,6 keV (aproximadamente 100 millones de grados Celsius), mientras que el rango de temperaturas del deuterio se situaba en torno a ese valor. Este hallazgo sugiere que el método de calentamiento utilizado en el experimento alcanzó eficazmente las altas temperaturas deseadas.
Los resultados son optimistas de cara al futuro desarrollo de centrales de fusión basadas en tokamaks esféricos compactos de alto campo. Estos avances podrían conducir a soluciones de energía de fusión más eficientes y económicamente viables, ofreciendo una vía prometedora para la generación de energía sostenible y limpia.
El estudio se publicó en la revista “Nuclear Fusion”.
Más información en: Interesting Engineering / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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