Esto es lo mejor que le podía pasar ahora mismo a la fusión nuclear: el límite de Greenwald ha sido derribado

En Xataka hemos hablado muchas veces de los desafíos que deben superar las personas que investigan en el ámbito de la fusión nuclear para que los primeros reactores comerciales lleguen a buen puerto. Hemos hablado de la necesidad de desarrollar nuevos tipos de acero capaces de activarse mínimamente ante el impacto de los neutrones de alta energía; acerca de lo importante que es estabilizar el plasma y controlar las turbulencias, etc.

Sin embargo, hasta ahora solo hemos abordado brevemente la razón por la que cada nuevo reactor experimental de fusión nuclear es más grande que el anterior. De hecho, cuando concluya su ensamblaje ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), la máquina de fusión que está siendo construida 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 lo será, claro está, por un capricho del azar.

La fusión nuclear y el límite de Greenwald

En los reactores experimentales de fusión nuclear, como ITER, los científicos confinan los núcleos de deuterio y tritio cargados utilizando un campo magnético. Lo que sucede es que por muy potente que sea ese campo siempre tiene un límite de intensidad y las partículas cuando se producen adquieren energías muy variadas. Algunas tienen mucha energía, y otras, sin embargo, adquieren poca energía. Los ingenieros de los reactores son capaces de contener la energía media, pero aquellas partículas que superan ese valor de energía tienen la capacidad de escaparse del campo magnético.

El problema es que si se escapan muchas partículas se pierde mucha energía y no se puede sostener la reacción de fusión a lo largo del tiempo. Afortunadamente este reto puede resolverse 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 ITER tiene el tamaño apropiado debido a que cuantas más partículas hay alrededor de una que quiere escapar, más probable es que impacte con otra en su camino de huida y dé la vuelta, o entregue su energía.

En definitiva lo que persiguen los científicos que trabajan en fusión es que la energía que se escapa sea lo suficientemente pequeña para que no se produzca un nivel de energía decreciente dentro de la reacción. Esto ya se ha conseguido en JET, pero se ha logrado durante poco tiempo debido a que no se puede mantener el esfuerzo durante mucho tiempo por falta de tamaño, viéndolo muy simplificadamente. Sea como sea, acaba de producirse una buena noticia. Y es que un grupo de investigación de la compañía estadounidense General Atomics ha publicado en Nature un artículo que hace una aportación significativa en esta área.

El límite de Greenwald establece el valor de densidad máximo que puede alcanzar el combustible en el interior de la cámara de vacío de un reactor de fusión nuclear. En teoría al superar este valor en el interior de un reactor tokamak puede producirse una disrupción, que es un evento en el que el plasma se desestabiliza, el confinamiento magnético se interrumpe y la reacción de fusión cesa. Una disrupción puede provocar daños serios en las paredes internas de la cámara de vacío dependiendo de la energía de las partículas que escapan al confinamiento e impactan con ellas.

Superar el límite de Greenwald no garantiza que vaya a producirse una disrupción, pero los físicos y los ingenieros que trabajan con reactores tokamak hasta ahora consideraban este parámetro una barrera que no podían pasar por alto. La aportación que han hecho los científicos de General Atomics es muy relevante porque han conseguido probar empíricamente unas condiciones de trabajo que les han permitido sostener la estabilidad del plasma con una densidad un 20% por encima del límite de Greenwald durante 2,2 segundos.

En su experimento han empleado un reactor tokamak con un radio de 1,6 metros (ITER tendrá un radio de nada menos que 6,2 metros) y un gas que contiene núcleos de deuterio (el combustible de ITER incorporará tanto núcleos de deuterio como de tritio). Como hemos visto es muy importante que la densidad del plasma sea lo suficientemente elevada para minimizar la probabilidad de que se produzcan pérdidas de energía importantes ocasionadas por las partículas que consiguen escapar al confinamiento magnético. Y ahora los investigadores que trabajan con reactores tokamak saben que es posible rebasar el límite de Greenwald para trabajar con la densidad que requiere el sostenimiento de la reacción de fusión. No cabe duda de que es una gran noticia.

Imagen | General Atomics

Más información | Nature

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