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Fusión Nuclear: Superando el Límite de Greenwald y Abriendo Camino para la Energía Nuclear Limpia y Sostenible. ¡Descubre Más!
En CPG, ya hemos hablado muchas veces sobre los desafíos que las personas que investigan en el campo de la fusión nuclear deben superar 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 los neutrones de alta energía; sobre la importancia de estabilizar el plasma y controlar las turbulencias, etc.
No obstante, hasta ahora, solo hemos abordado brevemente la razón por la cual cada nuevo reactor experimental de fusión nuclear es más grande que el anterior. De hecho, cuando se complete el ensamblaje del ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional), la máquina de fusión que se está construyendo por 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, por un capricho del azar.
La Fusión Nuclear y el Límite de Greenwald
En los reactores experimentales de fusión nuclear, como el ITER, los científicos confinan los núcleos de deuterio y tritio cargados utilizando un campo magnético. Lo que ocurre es que, por potente que sea ese campo, siempre tiene un límite de intensidad, y las partículas, cuando son producidas, adquieren energías muy variadas. Algunas tienen mucha energía, y otras, en cambio, adquieren poca energía. Los ingenieros de los reactores son capaces de contener la energía media, pero aquellas partículas que superan este valor de energía tienen la capacidad de escapar del campo magnético.
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El problema es que, si muchas partículas escapan, se pierde mucha energía y no es posible mantener la reacción de fusión a lo largo del tiempo. Afortunadamente, este desafío puede ser resuelto modulando los campos magnéticos y aumentando el tamaño del plasma. Esta es la razón por la que cada reactor experimental es más grande que el anterior. Los científicos creen que el ITER tiene el tamaño apropiado porque, cuanto más partículas hay alrededor de una que quiere escapar, más probable es que impacte con otra en su camino de fuga y cambie de dirección o entregue su energía.
En Busca de la Estabilidad en la Reacción de Fusión
En última instancia, lo que los científicos que trabajan con fusión buscan es que la energía que escapa sea suficientemente pequeña para que no ocurra un nivel decreciente de energía dentro de la reacción. Esto ya se ha conseguido en el JET, pero se alcanzó por poco tiempo, ya que no es posible mantener el esfuerzo por un período prolongado debido a la falta de tamaño, visto de forma muy simplificada. De cualquier forma, acaba de suceder una buena noticia. Un grupo de investigación de la empresa americana General Atomics publicó un artículo en Nature que hace una contribución significativa en esta área.
El límite de Greenwald establece el valor máximo de densidad que el combustible puede alcanzar dentro de la cámara de vacío de un reactor de fusión nuclear. En teoría, al superar este valor dentro de un reactor tokamak, puede ocurrir una disrupción, que es un evento en el que el plasma se desestabiliza, el confinamiento magnético es interrumpido y la reacción de fusión cesa. Una disrupción puede causar daños serios 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 ocurrirá una disrupción, pero los físicos e ingenieros que trabajan con reactores tokamak hasta ahora consideraban este parámetro una barrera que no podían ignorar. La contribución que los científicos de General Atomics han hecho es muy relevante porque lograron probar empíricamente algunas condiciones de trabajo que les permitieron mantener 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 con un radio de 1,6 metros (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 de tritio). Como hemos visto, es muy importante que la densidad del plasma sea suficientemente elevada para minimizar la probabilidad de que se produzcan pérdidas significativas de energía causadas por las partículas que logran escapar del confinamiento magnético. Y ahora, los investigadores que trabajan con reactores tokamak saben que es posible superar el límite de Greenwald para trabajar con la densidad que requiere el sostenimiento de la reacción de fusión. No hay duda de que es una excelente noticia.
Imagen: General Atomics
Fuente: Nature
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