Es posible que esté más familiarizado con el elemento litio como componente integral de la batería de su teléfono inteligente, pero el elemento también juega un papel en el desarrollo de energía de fusión limpia. Cuando se usa en superficies de tungsteno en dispositivos de fusión, el litio puede reducir las inestabilidades periódicas en el plasma que pueden dañar las paredes del reactor, los científicos han encontrado.

Los resultados, demostrado por científicos del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y colaboradores del Tokamak Superconductor Avanzado Experimental de China (EAST) encontraron que el polvo de litio puede eliminar las inestabilidades conocidas como modos localizados en los bordes (ELM) cuando se usa para recubrir un componente de tungsteno encarado al plasma llamado "desviador", la unidad que expulsa el calor residual y las partículas del plasma que alimenta las reacciones de fusión. Si se deja solo, tales inestabilidades pueden dañar el desviador y hacer que las reacciones de fusión se apaguen.

Los resultados son buenas noticias para los dispositivos futuros que planean usar tungsteno para sus propios desviadores que están diseñados para funcionar con litio.

Experimentos anteriores con polvo de litio en EAST han confirmado la capacidad del metal para eliminar o reducir la frecuencia e intensidad de las explosiones periódicas de ELM que ocurren en el borde exterior de los plasmas que pueden dañar el desviador. Los ELM se desarrollan regularmente cuando el plasma entra en un estado de alta energía conocido como modo de alto confinamiento, o modo H, que retiene el calor dentro del plasma de manera más eficiente. Los ELM también pueden liberar grandes cantidades de calor que dañan los componentes que miran al plasma y liberan material erosionado que puede ingresar al plasma y enfriar las reacciones de fusión.

Durante los experimentos pasados, Los desviadores superior e inferior de EAST estaban recubiertos con carbono ligero y poroso en lugar de tungsteno de metal pesado. "Entonces, la pregunta era si el litio tendría el mismo efecto en las paredes de tungsteno que en las de carbono, "dijo el físico de PPPL Rajesh Maingi, autor principal con Jiansheng Hu del Instituto de Física del Plasma de la Academia de Ciencias de China (ASIPP) de un artículo que describe los resultados en la revista Fusión nuclear .

El problema estaba en duda porque una investigación reciente sobre otros tokamaks en forma de rosquilla, como el Experimento-Actualización Axi-Symmetric Divertor (ASDEX-U) en Alemania, han sugerido que los componentes de tungsteno que se enfrentan al plasma en realidad reducen la capacidad de los recubrimientos de litio para controlar los ELM. El litio se inyectó en ASDEX-U a través de grandes gránulos rápidos, en comparación con el polvo de litio que se inyectó gravitacionalmente en los experimentos EAST.

En los experimentos recientes, los investigadores manipularon el plasma dentro del ESTE para que agotara su calor residual en la parte superior de los dos desviadores dentro del tokamak. A diferencia del desviador inferior, que estaba hecho de carbono, el desviador superior está fabricado con tungsteno.

Los resultados mostraron que el litio inyectado en plasma en contacto con tungsteno reduce los ELM tanto como lo hace el litio cuando el plasma agota su calor en carbono. Los físicos ahora tienen una mayor confianza en que las técnicas utilizadas para reducir los ELM en las máquinas de fusión actuales podrán reducir los ELM en máquinas más grandes en el futuro. siempre que estén diseñados para ser compatibles con el litio.

El equipo de investigación señaló que se hizo más fácil eliminar los ELM a medida que avanzaban los experimentos, sugiriendo que la eliminación podría requerir menos litio a medida que pasaba el tiempo. Por lo tanto, a los científicos les gustaría encontrar una forma de regular la cantidad de litio que se inyecta en el plasma, quizás reduciendo la tasa de inyección una vez que los ELM han desaparecido para controlar el inventario de litio y optimizar el rendimiento del plasma.