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Fusión nuclear: superar el límite de Greenwald y allanar el camino hacia una energía nuclear limpia y sostenible. ¡Saber más!
En CPG hemos hablado muchas veces de los retos que deben superar las personas que investigan en el campo de la fusión nuclear para que los primeros reactores comerciales tengan éxito. Discutimos la necesidad de desarrollar nuevos tipos de acero capaces de activarse mínimamente ante el impacto de neutrones de alta energía; sobre la importancia de estabilizar el plasma y controlar las turbulencias, etc.
Sin embargo, hasta ahora sólo hemos abordado brevemente la razón por la cual cada nuevo reactor experimental de fusión nuclear es más grande que el anterior. De hecho, cuando finalice el montaje del ITER (Reactor Experimental Termonuclear Internacional), la máquina de fusión que está construyendo un consorcio internacional liderado por Europa en la localidad francesa de Cadarache, será el mayor reactor experimental sobre la faz de la Tierra. Y no será, por supuesto, casualidad.
La fusión nuclear y el límite de Greenwald
En reactores experimentales de fusión nuclear, como el ITER, los científicos confinan núcleos cargados de deuterio y tritio mediante un campo magnético. Lo que pasa es que, por muy potente que sea este campo, siempre tiene un límite de intensidad, y las partículas, al producirse, adquieren energías muy variadas. Algunos tienen mucha energía y otros, en cambio, adquieren poca energía. Los ingenieros de reactores son capaces de contener la energía media, pero aquellas partículas que superan este valor energético tienen la capacidad de escapar del campo magnético.
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El problema es que si escapan demasiadas partículas, se pierde demasiada energía y no es posible sostener la reacción de fusión en el tiempo. Afortunadamente, este desafío puede resolverse modulando los campos magnéticos y aumentando el tamaño del plasma. Ésta es la razón por la que cada reactor experimental es más grande que el anterior. Los científicos creen que ITER tiene el tamaño adecuado porque cuantas más partículas haya alrededor de una que quiere escapar, más probable es que impacte a otra en su camino de escape y cambie de dirección o ceda su energía.
En busca de estabilidad en la reacción de fusión
En última instancia, lo que buscan los científicos que trabajan en la fusión es que la energía que escapa sea lo suficientemente pequeña como para que no haya un nivel decreciente de energía dentro de la reacción. Esto ya se ha conseguido en JET, pero se consiguió por poco tiempo, ya que no es posible mantener el esfuerzo durante un periodo prolongado por la falta de tamaño, viéndolo de forma muy simplificada. De todos modos, acaban de suceder buenas noticias. Un grupo de investigación de la empresa estadounidense General Atomics publicó un artículo en Nature que hace una importante contribución en este ámbito.
El límite de Greenwald establece el valor máximo de densidad que puede alcanzar el combustible dentro de la cámara de vacío de un reactor de fusión nuclear. En teoría, cuando se supera este valor dentro de un reactor tokamak se puede producir una disrupción, que es un evento en el que el plasma se desestabiliza, se interrumpe el confinamiento magnético y se detiene la reacción de fusión. Una disrupción puede provocar graves daños en las paredes internas de la cámara de vacío, dependiendo de la energía de las partículas que escapan del confinamiento e impactan con ellas.
Superar el límite de Greenwald no garantiza que se produzca una perturbación, pero los físicos e ingenieros que trabajan en los reactores tokamak han considerado hasta ahora este parámetro como una barrera que no podían ignorar. El aporte que hicieron los científicos de General Atomics es muy relevante porque pudieron comprobar empíricamente algunas condiciones de trabajo que les permitieron sostener la estabilidad del plasma con una densidad 20% por encima del límite de Greenwald durante 2,2 segundos.
En su experimento utilizaron un reactor tokamak de 1,6 metros de radio (el ITER tendrá un radio de nada menos que 6,2 metros) y un gas que contiene núcleos de deuterio (el combustible del ITER incorporará tanto núcleos de deuterio como tritio). Como hemos visto, es muy importante que la densidad del plasma sea lo suficientemente alta como para minimizar la probabilidad de pérdidas significativas de energía causadas por partículas que logran escapar del confinamiento magnético. Y ahora, los investigadores que trabajan en reactores tokamak saben que es posible superar el límite de Greenwald para trabajar con la densidad que requiere sostener la reacción de fusión. No hay duda de que esta es una gran noticia.
Picture: Atómica general
fuente: Naturaleza
