En la búsqueda de la energía de fusión, Los científicos han pasado décadas experimentando formas de hacer que el combustible de plasma sea lo suficientemente caliente y denso como para generar un poder de fusión significativo. En el MIT, Los investigadores han centrado su atención en el uso de calefacción por radiofrecuencia (RF) en experimentos de fusión por confinamiento magnético como el tokamak Alcator C-Mod, que completó su última ejecución en septiembre de 2016.

Ahora, utilizando datos de experimentos C-Mod, investigadores de fusión en el Plasma Science and Fusion Center (PSFC) del MIT, junto con colegas en Bélgica y el Reino Unido, han creado un nuevo método para calentar plasmas de fusión en tokamaks. El nuevo método ha dado como resultado el aumento de trazas de iones a energías de megaelectronvoltios (MeV), un orden de magnitud mayor que el alcanzado anteriormente.

"Estos rangos de energía más altos están en el mismo rango que los productos de fusión activados, "El científico investigador de PSFC, John C. Wright, explica." Ser capaz de crear tales iones energéticos en un dispositivo no activado, sin hacer una gran cantidad de fusión, es beneficioso, porque podemos estudiar cómo se comportan los iones con energías comparables a los productos de la reacción de fusión, lo bien que estarían confinados ".

El nuevo enfoque recientemente detallado en la revista Física de la naturaleza , utiliza un combustible compuesto por tres especies de iones:hidrógeno, deuterio, y trazas (menos del 1 por ciento) de helio-3. Típicamente, El plasma utilizado para la investigación de la fusión en el laboratorio estaría compuesto por dos especies de iones, deuterio e hidrógeno o deuterio y He-3, con el deuterio dominando la mezcla hasta en un 95 por ciento. Los investigadores centran la energía en las especies minoritarias, que se calienta a energías mucho más altas debido a su fracción más pequeña de la densidad total. En el nuevo esquema de tres especies, toda la energía de RF es absorbida por una pequeña cantidad de He-3 y la energía de los iones aumenta aún más, a la gama de productos de fusión activados.

Wright se inspiró para realizar esta investigación después de asistir a una conferencia en 2015 sobre este escenario de Yevgen Kazakov, investigador del Laboratorio de Física del Plasma en Bruselas, Bélgica, y el autor principal del artículo de Nature Physics. Wright sugirió que el MIT pruebe estas ideas usando Alcator C-Mod, con Kazakov y su colega Jef Ongena colaborando desde Bruselas.

En el MIT, El científico investigador de PSFC Stephen Wukitch ayudó a desarrollar el escenario y ejecutar el experimento, mientras que el profesor Miklos Porkolab contribuyó con su experiencia en calentamiento por RF. El científico investigador Yijun Lin pudo medir la estructura de onda compleja en el plasma con el diagnóstico de imágenes de contraste de fase (PCI) único del PSFC, que fue desarrollado durante las últimas dos décadas por Porkolab y sus estudiantes de posgrado. El científico investigador Ted Golfinopoulos apoyó el experimento al rastrear el efecto de los iones del rango MeV en las mediciones de las fluctuaciones plasmáticas.

Los exitosos resultados en C-Mod proporcionaron una prueba de principio, suficiente para conseguir científicos en el Joint European Torus (JET) del Reino Unido, El dispositivo de fusión más grande de Europa, interesado en reproducir los resultados. Como JET, C-Mod funcionaba con una fuerza de campo magnético y una presión de plasma comparables a las que se necesitarían en un futuro dispositivo con capacidad de fusión. Los dos tokamaks también tenían capacidades de diagnóstico complementarias, haciendo posible que C-Mod mida las ondas involucradas en la compleja interacción onda-partícula, mientras que JET pudo medir directamente las partículas de rango MeV.

John Wright elogia la colaboración.

"La gente de JET tenía muy buenos diagnósticos de partículas energéticas, para que pudieran medir directamente estos iones de alta energía y verificar que efectivamente estaban allí, ", dice." El hecho de que tuviéramos una teoría básica realizada en dos dispositivos diferentes en dos continentes se unió para producir un artículo sólido ".

Porkolab sugiere que el nuevo enfoque podría ser útil para la colaboración del MIT con el estelarizador Wendelstein 7-X en el Instituto Max Planck de Física del Plasma en Greifswald. Alemania, donde se está investigando una de las cuestiones fundamentales de la física:qué tan bien están confinados los iones energéticos relevantes para la fusión. El artículo de Nature Physics también señala que los experimentos podrían proporcionar información sobre el abundante flujo de iones He-3 observado en las erupciones solares.