La fusión nuclear se considera el próximo gran avance en el campo de la recolección de energía para la humanidad, pero la creación de un reactor que pueda lograr una generación continua de electricidad ha demostrado ser un enorme dolor de cabeza técnico. Uno de los mayores desafíos es el plasma, el estado supercaliente de la materia, necesario para que las partículas colisionen y liberen energía. Confinar este plasma y mantener la temperatura extrema es un paso crucial, y también uno que ha desconcertado a los investigadores durante años. Ahora, el Instituto Nacional de Ciencias de la Fusión (NIFS) de Japón afirma haber logrado un gran avance que nos permite comprender el comportamiento de los movimientos del plasma en una reacción de fusión nuclear.
Al igual que las turbulencias del flujo de aire en los aviones, el plasma en un reactor de fusión también muestra turbulencias. Idealmente, el calor en el plasma debería distribuirse uniformemente, desde el centro hacia las regiones periféricas de la cámara de contención. Sin embargo, debido a las turbulencias, el calor también puede trasladarse a otras regiones de forma bastante aleatoria. Por primera vez, el equipo del NIFS detalló el papel del transportador y conector de la turbulencia del plasma. Cuando el gas se calienta y se convierte en plasma, la turbulencia transportadora lleva el calor gradualmente desde el centro hasta el borde. La turbulencia del plasma conector, sin embargo, puede conectar todo el plasma de la cámara en aproximadamente 1/10.000 de segundo.
Los investigadores también notaron que existe una relación inversa entre el calor aplicado y los efectos del comportamiento del plasma de este conector. En pocas palabras, cuanto más corto sea el tiempo de calentamiento, más fuerte será la turbulencia del plasma del conector y, como resultado, el calor se propaga más rápido. Las observaciones se realizaron dentro del Gran Dispositivo Helicoidal (LHD), marcando la primera vez que los científicos han podido probar experimentalmente las funciones de “portador de calor” y “conector de calor” del plasma en un reactor de fusión.
¿Por qué es esto importante?
El calor, o la alta temperatura, es la salsa secreta para las reacciones de fusión nuclear. El plasma, calentado a una temperatura de 100 millones de grados, debe mantenerse en ese estado mediante imanes superconductores. Si toca las paredes del reactor, se enfriará inmediatamente. En pocas palabras, confinarlo y mantener la temperatura es extremadamente importante. Aquí es donde la turbulencia del plasma puede arruinar la fiesta. Según los expertos del NISF, las turbulencias pueden “debilitar el confinamiento al llevar calor hacia el exterior”. Hace poco más de un año, el Departamento de Energía de Estados Unidos también destacó la importancia de las temperaturas erráticas en el plasma. La agencia describió cómo los gradientes de temperatura conducen a la creación de islas de plasma que pueden “destruir” el campo magnético. El mensaje es claro. Es necesario comprender adecuadamente el comportamiento térmico del plasma. Y aquí es donde entra en escena el último avance del NISF.
Ahora que el equipo tiene una comprensión más profunda de cómo se propaga el calor en el plasma, pueden explicar los cambios provocados por las turbulencias del conector y del portador. Y lo que es más importante, ahora comprenden cómo los tiempos de calentamiento afectan este comportamiento. Esto brinda a los científicos una información crucial que puede ayudar a predecir con mayor precisión los cambios de temperatura en el plasma y, en consecuencia, desarrollar métodos de control del calor. Un mejor control de la temperatura y el calentamiento del plasma es un aspecto fundamental para lograr una fusión nuclear controlada y estable.
“Esta investigación proporciona la primera evidencia experimental inequívoca de las vías mediadoras planteadas como hipótesis desde hace mucho tiempo, validando predicciones teóricas clave en la física del plasma”, escribió el equipo en un artículo de investigación publicado en la revista Communications Physics. El equipo dice que sus hallazgos ayudarán a predecir y controlar la propagación del calor en los reactores de fusión de manera más efectiva, y que ahora están desarrollando un método que puede permitir un control más efectivo de la turbulencia del plasma.
