Avance histórico en la fusión nuclear: una nueva ley multiplica su potencial

La fusión nuclear amplía sus límites con este nuevo hallazgo.Depositphotos.com

David Plaza7 MIN. LECTURA23 Mayo 2022 - 12:00h
La tan esperada energía del futuro, la fusión nuclear, derriba un límite más al comprobarse que la ley de Greenwald no era del todo correcta y que en realidad los límites de esta tecnología son mucho más elevados.



Ya te hemos hablado en varias ocasiones de la energía de fusión nuclear y los beneficios que los investigadores esperan obtener de ella.
Con ello en mente, actualmente se desarrollan varios grandes proyectos como el popularmente llamado gran Sol chino o el ITER, todos ellos basados en los principios de una ley promulgada en 1988 por el científico Martin Greenwald.
La ley de Greenwald establece la relación entre la densidad del combustible con el radio interior del tokamak (el dispositivo en forma de rosquilla en el que se hace posible la fusión nuclear) y la corriente que fluye en el plasma dentro del mismo.
«Para crear plasma para la fusión, se deben considerar tres cosas: alta temperatura, alta densidad de combustible de hidrógeno y buen confinamiento»
«Esto es importante porque una de las limitaciones de hacer plasma dentro de un tokamak es la cantidad de combustible de hidrógeno que se le puede inyectar», explica Paolo Ricci, del Swiss Plasma Center.
«Desde los primeros días de la fusión, sabemos que si intentas aumentar la densidad del combustible, en algún momento se producirá lo que llamamos una ‘interrupción’: básicamente, pierdes totalmente el confinamiento y el plasma va a donde sea».
La ley de Greenwald solucionó este problema y, desde entonces, todas las investigaciones relacionadas con la fusión nuclear se han basado en ella para establecer sus límites.
Más hidrógeno, más potencia
Sin embargo, científicos físicos de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, encuadrados en una gran colaboración internacional que desarrolla el ITER, el gran reactor termonuclear experimental, han revisado la ley de Greenwald y sus hallazgos pueden cambiar para siempre el futuro de esta tecnología.
Y es que, según los experimentos y simulaciones realizadas, en realidad es posible usar de forma segura el doble de hidrógeno que establece la ley de Greenwald, lo que permite a su vez producir una cantidad de energía muy superior a la inicialmente esperada.
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El plasma es un estado de la materia que se asemeja al gaseoso, pero en el que determinada proporción de sus partículas están eléctricamente cargadas, es decir, ionizadas, y no poseen equilibrio electromagnético.
En un reactor de fusión nuclear, este estado se crea al someter a los átomos de hidrógeno a temperaturas incluso 10 veces superiores a las del núcleo del Sol. Esto obliga a los electrones a separarse de sus núcleos atómicos.
«Para crear plasma para la fusión, se deben considerar tres cosas: alta temperatura, alta densidad de combustible de hidrógeno y buen confinamiento», señala Ricci. «Una de las limitaciones de hacer plasma dentro de un tokamak es la cantidad de combustible de hidrógeno que se le puede inyectar».
«Greenwald derivó la ley empíricamente, es decir, completamente a partir de datos experimentales, no una teoría comprobada, o lo que llamaríamos ‘primeros principios’», puntualiza Ricci. «Aún así, el límite funcionó bastante bien para la investigación. Y, en algunos casos, como DEMO (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 cierto nivel».
A la izquierda, un reactor tokamak. A la derecha, un stellarator.
Maurizio Giacomin, estudiante de doctorado en el grupo de Ricci, fue el encargado de analizar los procesos físicos que limitan la densidad en los tokamaks, para derivar una ley de primeros principios, es decir, una teoría comprobada, que pueda correlacionar la densidad del combustible y el tamaño del tokamak.
Una nueva ecuación
Por tanto, ello implicaba el uso de una simulación avanzada del plasma realizada con un modelo de computadora.
«Las simulaciones explotan algunas de las computadoras más grandes del mundo, como las que pone a disposición el Centro Nacional de Supercomputación de Suiza y EUROfusion», dice Ricci.
«Y lo que encontramos, a través de nuestras simulaciones, fue que a medida que se agrega más combustible al plasma, partes de él se mueven desde la capa fría exterior del tokamak, el límite, de regreso a su núcleo, porque el plasma se vuelve más turbulento».
«Entonces, los plasmas se vuelven más resistentes cuando se enfrían. Por lo tanto, cuanto más combustible se le pone a la misma temperatura, más partes se enfrían y más difícil es que la corriente fluya en el plasma, lo que posiblemente provoque una interrupción».
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Finalmente, Ricci y sus colegas han sido capaces de descifrar una nueva ecuación para el límite de combustible en un tokamak, que se alinea muy bien con los experimentos y que actualiza la le de Greewald de manera significativa.
La nueva ecuación establece que el límite de Greenwald se puede aumentar casi al doble en términos de combustible en el ITER. «Esto es importante porque muestra que la densidad que puedes lograr en un tokamak aumenta con la potencia que necesitas para hacerlo funcionar», dice Ricci.
«En realidad, DEMO operará a una potencia mucho mayor que los tokamaks e ITER actuales, lo que significa que puede agregar más densidad de combustible sin limitar la producción, en contraste con la ley de Greenwald. Y esa es una muy buena noticia», concluye.
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