Un nuevo descubrimiento podría multiplicar la potencia de los reactores de fusión

La tan esperada energía del futuro, la fusión nuclear, derriba un límite más al comprobarse que la ley de Greenwald no era del todo correcta y que en realidad los límites de esta tecnología son mucho más elevados.

 

Un equipo de Físicos europeos acaban de descubrir una forma de obtener más energía de los reactores de fusión de la que se no creía posible. Este nuevo trabajo, afirma que podría superarse el límite al que se habían adherido los reactores existentes.

La fusión nuclear es el proceso por el cual dos átomos se unen, produciendo un elemento más pesado a partir de dos más livianos.

Este proceso desprende energía porque el peso del núcleo pesado es menor que la suma de los pesos de los núcleos más ligeros. Este defecto de masa se transforma en energía, aunque el defecto de masa es muy pequeño y la ganancia por tanto es muy pequeña, se ha de tener en cuenta que es una energía muy concentrada, en un gramo de materia hay millones de átomos, con lo que con una pequeña cantidad de combustible proporciona mucha energía.

Esta reacción es la más fácil de conseguir pero no quiere decir que sea sencillo lograr energía de las reacciones de fusión. Para ello se deben unir los núcleos de dos átomos, el problema radica en que los núcleos de los átomos están cargados positivamente, con lo que cuanto más se acerquen más se repelen. Una posible solución sería acelerarlos en una acelerador de partículas y hacerlos chocar entre sí pero se utilizaría más energía en acelerarlos que la que se obtendría con las reacciones.

Esta reacción nuclear ocurre todo el tiempo dentro del Sol, donde los átomos de hidrógeno se combinan bajo un intenso calor y presión para formar átomos de helio.

La idea de la energía de fusión nuclear aquí en la Tierra es esencialmente recrear dicho proceso. Luego, el calor emitido por la reacción se usaría para convertir el agua en vapor y así alimentar un generador de turbina.

Recrear la fusión ha sido uno de los mayores desafíos de la ciencia moderna, pero es sumamente importante ya que promete un futuro de energía limpia y fácilmente sostenible, es un recurso energético potencial a gran escala y cuenta con grandes ventajas respecto a otros tipos de recursos.

Cada cierto tiempo, los científicos logran pequeños avances con sus estudios, aunque todavía no se ha probado que un reactor sea viable para generar electricidad.

A la vanguardia de la investigación en fusión están los reactores llamados tokamaks. Estas máquinas calientan el gas de hidrógeno a temperaturas extremadamente altas para crear un plasma de hidrógeno, en el que puede ocurrir la fusión.

El propósito de los tokamaks es mantener este plasma fluyendo en un círculo para que la reacción de fusión pueda continuar. También es necesario controlar cuidadosamente otras dos cosas: la temperatura y la densidad del combustible.

Ahora, científicos del École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) han encontrado una manera de aumentar significativamente los límites de esta densidad de combustible de hidrógeno. Sobrepasar el límite de Greenwald, lograría que los reactores produzcan aún más energía.

“Desde los primeros días de la fusión, sabíamos que si intentábamos aumentar la densidad del combustible, en algún momento se produciría lo que llamamos una ‘interrupción’”, dijo Paolo Ricci, profesor del Swiss Plasma Center. “… básicamente, se pierde por completo el confinamiento, y el plasma va a donde sea”, continuó.

Ricci añade; “Greenwald derivó la ley empíricamente, es decir, completamente a partir de datos experimentales, no una teoría comprobada, o lo que llamaríamos ‘primeros principios’.  Aún así, el límite funcionó bastante bien para la investigación. Y, en algunos casos, como DEMO, esta ecuación constituye un gran límite para su funcionamiento porque dice que no se puede aumentar la densidad del combustible por encima de cierto nivel”. concluye.

Los investigadores realizaron una nueva ecuación para un nuevo límite de combustible dentro de un tokamak más alto que antes. Dentro del tokamak ITER de Europa, el límite puede casi duplicarse. Esto significa que será posible agregar más densidad de combustible sin limitar la producción.

“En realidad, DEMO operará a una potencia mucho mayor que los tokamaks e ITER actuales, lo que significa que puede agregar más densidad de combustible sin limitar la producción, en contraste con la ley de Greenwald. Y esa es una muy buena noticia”, afirma Ricci

Este paso es una buena noticia. La fusión genera muchos menos desechos radiactivos que la fisión, y el hidrógeno rico en neutrones que utiliza como combustible es relativamente fácil de obtener.

Si logramos dominar la fuerza de las estrellas, podríamos tener energía limpia y abundante.

Referencia:

P. Ricci. et al. First-Principles Density Limit Scaling in Tokamaks Based on Edge Turbulent Transport and Implications for ITER. Phys. Rev. 2022. doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.185003.

 

 

Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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