Físicos alemanes han avanzado con éxito un dispositivo clave para producir la elusiva energía de fusión

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Físicos alemanes han avanzado con éxito un dispositivo clave para producir la elusiva energía de fusión

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La esquiva producción de energía de fusión nuclear parece estar más cerca. El reactor estelarizador Wendelstein 7-X en Alemania ahora es capaz de contener calor que alcanza temperaturas mucho más altas. La investigación se ha publicado en Nature.

El estelarizador Wendelstein 7-X optimizado está destinado a demostrar que las plantas de fusión de tipo estelarizador son adecuadas para centrales eléctricas. Los científicos usaron IA en la planeación del campo magnético, el cual encierra el plasma caliente y lo mantiene alejado de las paredes del vaso, de tal manera que se eviten las desventajas de los estelaradores anteriores.

Uno de los objetivos más importantes era reducir las pérdidas de energía del plasma, causadas por la ondulación del campo magnético. Este evento es el responsable de que las partículas de plasma se desplacen hacia afuera y se pierdan a pesar de estar unidas a las líneas del campo magnético.

Pérdida “neoclásica”.

La principal competencia de los esteladores convencionales es el reactor tipo Tokamak. Aunque, para estos, la pérdida de energía y partículas denominada “neoclásica” no es un problema importante, ya que esta ocasiona tantas pérdidas que una planta de energía diseñada sobre esta base sería muy grande y, en consecuencia, demasiado costosa.

En los tokamaks, por otro lado, gracias a su forma simétrica, las pérdidas debidas a la ondulación del campo magnético son solo pequeñas. Aquí, las pérdidas de energía están determinadas principalmente en pequeños movimientos de vórtice en el plasma, por turbulencia, que también se agrega como canal de pérdida en los estelaradores.

Así pues, para igualar a los el confinamiento de los tokamaks, reducir las pérdidas neoclásicas es una tarea importante hacia la optimización del estellarador. Teniendo esto en cuenta, el campo magnético de Wendelstein 7-X fue diseñado con el propósito de minimizar dichas pérdidas.

El estudio

Ahora, un equipo dirigido por el Dr. Craig Beidler de la División de Teoría Stellarator ha investigado si esta optimización conduce al efecto deseado. Los resultados muestran que, con los dispositivos de calentamiento disponibles hasta ahora, Wendelstein 7-X ya ha sido capaz de generar plasmas de alta temperatura.

Además, el W 7-X ha establecido el récord mundial de esterilizadores para el “producto de fusión” a alta temperatura. Este producto de temperatura, densidad del plasma y tiempo de confinamiento de energía indica qué tan cerca se llega a los valores para un plasma en combustión.

El estudio encontró que, a altas temperaturas del plasma y bajas pérdidas turbulentas, las pérdidas neoclásicas en el balance energético podrían detectarse fácilmente. Solo representaron el 30% de la potencia calorífica, una parte considerable del balance energético.

Wendelstein 7-X
El sistema de imanes de Wendelstein 7-X. Cincuenta bobinas magnéticas superconductoras crean la jaula magnética para confinar el plasma. / IPP

El equipo asumió que los mismos valores y perfiles de plasma que llevaron al resultado récord en Wendelstein 7-X se lograron de igual forma en plantas con un campo magnético menos optimizado. Luego se calcularon las pérdidas neoclásicas, con un resultado claro: serían mayores que la potencia de calentamiento de entrada, lo cual es una imposibilidad física.

“Esto muestra que los perfiles de plasma observados en Wendelstein 7-X solo son concebibles en campos magnéticos con bajas pérdidas neoclásicas. A la inversa, esto prueba que la optimización del campo magnético de Wendelstein redujo con éxito las pérdidas neoclásicas”, señala el profesor Per Helander, jefe de la División de Teoría Stellarator.

Más estudios

Sin embargo, las descargas de plasma hasta ahora han sido breves. Para probar el rendimiento del concepto Wendelstein en funcionamiento continuo, actualmente se está instalando un revestimiento de pared refrigerado por agua.

Equipados de esta manera, los investigadores irán trabajando gradualmente hasta llegar a plasmas de 30 minutos de duración. Entonces será posible comprobar si Wendelstein 7-X también puede cumplir sus objetivos de optimización en funcionamiento continuo, la principal ventaja de los esteladores.

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