Los investigadores de Sandia National Laboratories Z Machine han abierto un nuevo capítulo en su viaje de 20 años hacia mayores resultados de fusión al introducir tritio, el isótopo de hidrógeno más cargado de neutrones, al combustible de sus objetivos.

Cuando Z dispara, su enorme campo electromagnético aplasta el combustible precalentado, obligándolo a fusionarse. El combustible enriquecido con tritio debería liberar muchos más neutrones que los máximos anteriores en Z, ya entre los más altos del mundo.

"Esto de crear energía donde no existía antes, todavía no tenemos una hoguera, pero estamos echando entrante a chorros en la parrilla, "dijo Mike Cuneo, gerente senior del grupo de Ciencia y Tecnología de Aceleradores de Energía Pulsados ​​de Sandia.

La salida de Z se ha utilizado durante décadas para proporcionar información para simulaciones por computadora que prueban la preparación del arsenal nuclear de Estados Unidos sin explotar un arma real. También lo utilizan los astrofísicos que utilizan las presiones y temperaturas momentáneamente asombrosas de la máquina para comprender las condiciones en las estrellas y los núcleos de los planetas. Y algunos esperan que las presiones creadas principalmente por la electricidad y el magnetismo puedan alcanzar algún día las condiciones de fusión nuclear adecuadas para la producción de energía; esta condición se llama "alto rendimiento".

La introducción de tritio es de gran interés técnico porque una mezcla 50/50 de tritio y deuterio, los dos isótopos del hidrógeno, emite 80 veces más neutrones, y 500 veces más energía, que el deuterio solo. Energía del deuterio, por así decirlo, un combustible de octanaje relativamente bajo, ha sido el límite superior de producción en Z.

Pero todavía es temprano. Un simulacro en julio probar el hardware y la instrumentación de contención, precedió al primer experimento de tritio de Z tres semanas después, cuando una fracción de un por ciento se introdujo con cautela en el combustible del experimento.

"Vamos a gatear antes de caminar y correr, ", dijo Cuneo." Aumentaremos gradualmente esa fracción en experimentos contenidos a medida que avancemos ".

Solo otros dos apoyados por el Departamento de Energía, sitios de investigación de alta densidad energética, en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y el Laboratorio de Energética Láser de la Universidad de Rochester, había sido aprobado para usar tritio, un peligro ambiental potencial.

Los experimentos de Sandia usan electromagnetismo para aplastar el objetivo más masivo de Z y toda su área de soporte del objetivo como si fueran golpeados por un mazo. A diferencia de las instalaciones láser, el personal debe ingresar a la cámara Z después de cada experimento para restaurar las instalaciones para el próximo experimento. En esas condiciones, La introducción de tritio en el objetivo requiere sumo cuidado y previsión en el diseño. transporte y contención de tritio para cumplir con rigurosos estándares de seguridad.

"El tritio es como arena en la playa, se mete en todo, "dijo Cuneo." Así que por ahora, no podemos dejarlo ir a ninguna parte ". El isótopo es una molécula pequeña con mucha movilidad, y el primer gran obstáculo, él dice, es asegurarse de que el material radiactivo con su vida media de 12 años no migre a las piscinas de agua y aceite de un millón de galones que aíslan los componentes de energía pulsada de Z. "Las instalaciones láser no tienen estas piscinas, " señaló.

El tritio también podría adherirse a las paredes metálicas del área central de Z, presentando un riesgo radioactivo potencial donde los técnicos ingresan diariamente para fregar después de cada disparo.

Sin embargo, utilizando el mismo diseño único que ha contenido plutonio en más de una docena de disparos Z anteriores, no se liberó tritio.

Casi 100 miembros del personal de Sandia contribuyeron directamente al esfuerzo, financiado a través del programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio de Sandia. También participaron investigadores de General Atomics, Laboratorio Nacional de Los Alamos, la Universidad de Nuevo México y la Universidad Estatal de Utah.

El trabajo futuro será financiado por la Administración Nacional de Seguridad Nuclear (NNSA).

"Hubo un alto nivel de integración en la contención de las instalaciones y la protección radiológica, para hacerlo bien, "dijo Brent Jones, líder de integración de instalaciones. "El grupo de transferencia de gas Sandia-California, con décadas de experiencia en el manejo del tritio, desarrolló un método de vivienda, entregar y contener el material. Construyeron un dispositivo que podía cargar una cantidad pequeña pero definida de tritio; la gente del generador de neutrones llenó el objetivo con tritio; y la gente del confinamiento de plutonio contribuyó con su experiencia en disparos ".

El equipo ahora debe evaluar si el tritio se puede usar de manera segura en experimentos no contenidos. su objetivo final. Las pruebas confinadas pueden evaluar la compatibilidad del tritio con los materiales y presiones de Z, pero no mida con precisión las salidas de fusión.

"El uso de tritio contenido en Z es el primer paso en este viaje, "dijo Cuneo." Hay mucho más trabajo por hacer.

"De manera similar a lo que se hace en las instalaciones de [fusión] láser, una idea [para un experimento no contenido] es purgar el tritio inmediatamente después de un disparo para que no se pegue a las paredes de la cámara Z. Necesitamos poder purgar eficientemente la sección central hasta un nivel seguro antes de que entren los técnicos para restaurarla ".

Los experimentos no contenidos comenzarán con niveles muy pequeños de tritio y aumentarán gradualmente en un proceso de varios años. "Esperamos descubrir que seremos capaces de manejar de forma segura entre un 1 y un 3 por ciento de tritio en experimentos no contenidos, lo suficiente para avanzar en las aplicaciones de fusión por confinamiento inercial, otras aplicaciones de la ciencia de las armas y pruebas de efectos de neutrones, "Dijo Cuneo.

Pasarán al menos tres años antes de que los experimentos se acerquen a la mezcla 50/50 de tritio y deuterio, dependiendo de la financiación y las prioridades de Sandia y NNSA para Z.