El mayor experimento de fusión del mundo, el ITER, podría liberar más energía de lo que se pensaba. Investigaciones recientes demuestran que el ITER puede funcionar utilizando el doble de hidrógeno de lo que se creía que era su capacidad total, es decir, que puede generar más energía de fusión de lo que se creía.
Esto se debe a que un equipo de científicos del Swiss Plasma Center, uno de los principales institutos de investigación sobre fusión nuclear del mundo, ha publicado un estudio que actualiza un principio fundamental de la generación de plasma, según revela un comunicado de prensa.
Su investigación muestra que el próximo tokamak del ITER puede funcionar utilizando el doble de hidrógeno de lo que se creía que era su capacidad total, lo que significa que podría generar una cantidad de energía de fusión nuclear mayor de lo que se pensaba.
Subiendo los límites de la fusión nuclear
“Una de las limitaciones de la generación de plasma en un tokamak es la cantidad de combustible de hidrógeno que se puede inyectar en él”, explica Paolo Ricci, del Swiss Plasma Center de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL).
“Desde los primeros días de la fusión, sabíamos que si se intentaba aumentar la densidad del combustible, en algún momento se produciría lo que llamamos una ‘disrupción’: básicamente se pierde totalmente el confinamiento y el plasma se va a cualquier parte”, continuó Ricci. “Así que en los años ochenta, la gente estaba tratando de llegar a algún tipo de ley que pudiera predecir la densidad máxima de hidrógeno que se puede poner dentro de un tokamak”.
En 1988, el científico especializado en 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 mantenido en el tokamak. La ley, denominada “límite de Greenwald”, se convirtió en un principio fundamental de la investigación sobre la fusión nuclear y ha guiado la estrategia del mayor experimento de fusión del mundo, el ITER europeo.
Ahora, el nuevo estudio del equipo de la EPFL, publicado en Physical Review Letters, destaca el hecho de que el límite de Greenwald se derivó de datos experimentales.
“Greenwald derivó la ley empíricamente, es decir, completamente a partir de datos experimentales – no una teoría probada, o lo que llamaríamos ‘primeros principios'”, explicó Ricci. “Aun así, el límite funcionó bastante bien para la investigación. Y, en algunos casos, como el de DEMO (el sucesor de ITER), esta ecuación constituye un gran límite para su funcionamiento porque dice que no se puede aumentar la densidad del combustible por encima de un determinado 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 investigación se llevó a cabo en los mayores tokamaks del mundo: el Joint European Torus (JET) en el Reino Unido, el ASDEX Upgrade en Alemania (Instituto Max Plank) y el propio tokamak TCV de la EPFL. Los experimentos conjuntos fueron coordinados por el Consorcio EUROfusion.
Mientras se realizaban estos experimentos, Maurizio Giacomin, estudiante de doctorado del 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 ello, tuvieron que realizar simulaciones en algunos de los mayores ordenadores del mundo, incluidos algunos procedentes del CSCS, el National Supercomputing Center de Suiza.
“Lo que descubrimos, a través de nuestras simulaciones”, explicó Ricci, “fue que a medida que se añade más combustible al plasma, partes de éste se desplazan desde la capa fría exterior del tokamak, el límite, de vuelta a su núcleo, porque el plasma se vuelve más turbulento”.
Al contrario que un cable de cobre, que se vuelve más resistente a medida que se calienta, los investigadores afirman que el plasma se vuelve más resistente a medida que se enfría. Esto significa que cuanto más combustible se añade a la misma temperatura, más se enfría, lo que dificulta el flujo de corriente en el plasma.
Una nueva ecuación para el límite de combustible en un tokamak
Aunque simular la turbulencia en el plasma fue un gran reto, Ricci y su equipo fueron capaces de 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 tiempo que lo actualiza sustancialmente.
Fundamentalmente, la nueva ecuación postula que el límite de Greenwald puede elevarse a casi el doble de su cifra actual en lo que respecta al combustible utilizado en el ITER, lo que significa que puede utilizar casi el doble de combustible sin sufrir interrupciones.
El ITER y otros proyectos globales de tokamak pretenden liberar el poder de la fusión nuclear, que tiene el potencial de producir energía casi ilimitada utilizando el mismo método empleado por el Sol y las estrellas. Se espera que el ITER comience a funcionar con reacciones de hidrógeno de baja potencia en 2025.
Noticia tomada de: Interesting Engineering / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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