Los científicos han descubierto que la adición de un agente de limpieza doméstico común, el boro mineral que se encuentra en limpiadores como el bórax, puede mejorar drásticamente la capacidad de algunos dispositivos de energía de fusión para contener el calor necesario para generar reacciones de fusión en la Tierra, como lo hacen los sol y estrellas.

Físicos del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE), en colaboración con investigadores japoneses, realizaron la observación en el Gran Dispositivo Helicoidal (LHD) en Japón, una instalación magnética sinuosa que los japoneses llaman un «heliotrón». Los resultados demostraron por primera vez un nuevo régimen de contención de calor en instalaciones llamadas stellarators, similar al heliotrón. Los resultados podrían promover el diseño con curvas como modelo para futuras plantas de energía de fusión.

Mayor contención

Los investigadores produjeron el Régimen de Contención Superior inyectando pequeños granos de boro polvo en el plasma LHD que alimenta las reacciones de fusión. La inyección a través de un cuentagotas instalado por PPPL redujo en gran medida los vórtices y los vórtices turbulentos y aumentó el calor confinado que produce las reacciones.

“Pudimos ver este efecto muy claramente”, dijo Federico Nespoli, físico de PPPL, autor principal de un artículo que detalla el proceso en la revista. física de la naturaleza. «Mientras más energía ponemos en el plasma, mayor es el aumento de calor y confinamiento, lo que sería ideal en las condiciones reales del reactor».

David Gates, físico investigador sénior de PPPL que dirige el departamento de proyectos avanzados que supervisó el trabajo, “Estoy muy entusiasmado con estos excelentes resultados que escribió Federico en este importante artículo sobre nuestras colaboraciones con el equipo en el gran dispositivo helicoidal cuando comenzamos este proyecto, el gotero de polvo de impurezas LHD, en 2018, esperábamos que pudiera haber un efecto en la contención de energía. Las observaciones son incluso mejores de lo esperado con la eliminación de la turbulencia en gran parte del rayo de plasma. Estoy muy agradecido a nuestros colegas japoneses por darnos la oportunidad como equipo de participar en estos experimentos».

Los resultados también deleitó a los investigadores japoneses. «Estamos muy contentos y encantados de lograr estos resultados», dijo Masaki Osakabe, director ejecutivo del proyecto LHD y asesor científico para la investigación de fusión nuclear de MEXT, el ministerio japonés responsable de la energía nuclear. “También nos sentimos honrados de colaborar con PPPL”, dijo Osakabe. «Los hallazgos revelados con esta colaboración proporcionarán una gran herramienta para controlar el plasma de alto rendimiento en un reactor de fusión».

Concepto prometedor

Los Stellarators, construidos por primera vez en la década de 1950 bajo el fundador de PPPL, Lyman Spitzer, son un concepto prometedor con instalaciones magnéticas simétricas de cola larga llamadas tokamaks como el dispositivo principal para producir energía de fusión. Una historia de contención térmica relativamente débil ha desempeñado un papel en la restricción de los stellarators, que pueden operar en un estado estable con poco riesgo de las perturbaciones de plasma que enfrentan los tokamaks.

La fusión combina elementos ligeros en forma de plasma, el estado caliente y cargado de la materia formado por electrones libres y núcleos atómicos, o iones, que constituyen el 99 % del universo visible, para liberar cantidades masivas de energía. Tokamaks y Stellarators son los principales diseños magnéticos de los científicos que buscan recolectar energía de fusión segura, limpia y prácticamente ilimitada para generar energía de fusión para la humanidad.

Bien que le bore ait longtemps été utilisé pour conditionner les murs et améliorer le confinement dans les tokamaks, les scientifiques n’avaient jamais vu auparavant «une réduction généralisée de la turbulence et une augmentation de la température comme celles rapportées dans cet article», selon el documento. Además, no hubo observaciones de explosiones de calor y partículas dañinas, conocidas como modos localizados en el borde (ELM), que pueden ocurrir en tokamaks y stellarators durante alta contención, o modo H. la fusión experiencias.

La notable mejora en el calor y el confinamiento en el plasma LHD puede deberse a la reducción de la llamada inestabilidad del gradiente de temperatura iónica (ITG), según el artículo, que produce turbulencia que provoca una fuga de plasma de la contención. La reducción de la turbulencia contrasta con un tipo de pérdida de calor llamado «transporte neoclásico», la otra causa principal de escape de partículas de la contención del estelarador.

nueva ronda

Ahora se está realizando un nuevo conjunto de experimentos LHD para probar si la mejora en el calor y la contención continúa para un mayor rango de tasas de inyección de masa, densidad de plasma y potencia de calentamiento. A Nespoli y sus colegas también les gustaría ver si el polvo de carbón puede funcionar tan bien como el boro. «El boro crea una capa en la pared que es buena para confinamiento y el carbón no va a hacer eso «, dijo. Queremos ver si todo el polvo es bueno o si es el boro el que está mejorando las condiciones».

Otros objetivos incluyen la evaluación de la capacidad del boro para mejorar el rendimiento del plasma durante el funcionamiento en estado estable del LHD, que es capaz de tener una vida extremadamente larga. plasma se descarga hasta una hora. Tales experimentos podrían producir más evidencia del valor del diseño de stellarator en el futuro.