Inyectar pequeñas bolitas de berilio en el reactor de fusión nuclear ITER puede ayudar a estabilizar el plasma que alimenta las reacciones de esta prometedora nueva fuente de energía inagotable.

ITER es una instalación de fusión multinacional en construcción en Francia para demostrar la viabilidad de la energía de fusión, uno de cuyos retos principales es la inestabilidad producida en el plasma durante las reacciones.

Experimentos y simulaciones por computadora desarrollados por físicos de la Universidad de Princeton indican que los gránulos inyectados ayudan a crear condiciones en el plasma que podrían desencadenar pequeñas erupciones llamadas modos localizados en el borde (ELM, por sus siglas en inglés). Si se activan con la frecuencia suficiente, los pequeños ELM previenen las erupciones gigantes que podrían detener las reacciones de fusión y dañar la instalación ITER.

Los científicos de todo el mundo están tratando de replicar la fusión en la Tierra para obtener un suministro de energía prácticamente inagotable para generar electricidad. El proceso involucra plasma, una sopa muy caliente de electrones de libre flotación y núcleos atómicos, o iones. La fusión de los núcleos libera una tremenda cantidad de energía.

En los experimentos actuales, los investigadores inyectaron gránulos de carbono, litio y carburo de boro (metales ligeros que comparten varias propiedades del berilio) en la National Fusion Facility DIII-D que General Atomics opera en San Diego. “Estos metales livianos son materiales que se usan comúnmente dentro del DIII-D y comparten varias propiedades con el berilio”, dijo el físico del PPPL (Princeton Plasma Physics Laboratory), Robert Lunsford, autor principal del artículo que informa sobre los resultados en Nuclear Materials and Energy.

Debido a que la estructura interna de los tres metales es similar a la del berilio, los científicos infieren que todos estos elementos afectarán al plasma ITER de manera similar. Los físicos también utilizaron campos magnéticos para hacer que el plasma DIII-D se asemeje al plasma tal y como se prevé que ocurra en el ITER.

Estos experimentos fueron los primeros de su tipo. “Este es el primer intento de tratar de averiguar cómo estos gránulos de impureza penetrarían en el ITER y si realizaría un cambio suficiente en la temperatura, densidad y presión para desencadenar un ELM”, dijo en un comunicado Rajesh Maingi, jefe de investigación de plasma en PPPL y coautor del artículo. “Y, de hecho, parece que esta técnica de inyección de gránulos con estos elementos sería útil”.

Si es así, la inyección podría reducir el riesgo de grandes ELM en ITER. “La cantidad de energía impulsada hacia las primeras paredes del ITER por los ELM que se producen espontáneamente es suficiente para causar un daño severo a las paredes”, dijo Lunsford. “Si no se hiciera nada, tendría una vida útil del componente inaceptablemente corta, posiblemente requiriendo el reemplazo de piezas cada dos meses”.

Lunsford también usó un programa que él mismo escribió, que mostró que inyectar gránulos de berilio que miden 1,5 milímetros de diámetro, aproximadamente del grosor de un palillo, penetraría en el borde del plasma ITER de una manera que podría desencadenar pequeños ELM. En ese tamaño, una cantidad suficiente de la superficie del gránulo se evaporaría o ablacionaría para permitir que el berilio penetrase en las ubicaciones en el plasma donde los ELM pueden activarse con mayor eficacia.

El siguiente paso será calcular si los cambios de densidad causados por los gránulos de impureza en ITER en efecto desencadenarán un ELM como lo indican los experimentos y las simulaciones. Esta investigación está actualmente en curso en colaboración con expertos internacionales en ITER.

Los investigadores imaginan la inyección de gránulos de berilio como una de las muchas herramientas, que incluyen el uso de imanes externos y la inyección de gránulos de deuterio, para administrar el plasma en instalaciones de tokamak con forma de dona como ITER. Los científicos esperan realizar experimentos similares en el Joint European Torus (JET) en el Reino Unido, actualmente el tokamak más grande del mundo, para confirmar los resultados de sus cálculos. Lunsford dice: “Creemos que todos los que trabajarán juntos con un montón de técnicas diferentes tendrán que controlar realmente el problema de ELM”.

Fuente: EP