Así como el fuego produce cenizas, la combinación de elementos ligeros en reacciones de fusión puede producir material que eventualmente interfiere con esas mismas reacciones. Ahora, Los científicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han encontrado evidencia que sugiere que un proceso podría eliminar el material no deseado y hacer que los procesos de fusión sean más eficientes dentro de un tipo de instalación de fusión conocida como configuración de campo invertido ( FRC) dispositivo.

Dentro de todas las máquinas de fusión, electrones y núcleos atómicos, o iones, remolino en una especie de sopa conocida como plasma. Durante el proceso de fusión propuesto para un FRC, los núcleos de deuterio y helio-3, átomos de hidrógeno y helio con un neutrón cada uno, se combinan y en el proceso liberan grandes cantidades de energía. Los físicos están estudiando actualmente la mejor manera de atrapar las partículas de combustible dentro de los campos magnéticos para maximizar el número de reacciones de fusión y, al mismo tiempo, evitar daños en las paredes de la máquina por las partículas energéticas que escapan de la botella magnética. El objetivo de cualquier experimento de energía de fusión es imitar en la Tierra el proceso de fusión dentro del sol y las estrellas para producir una energía prácticamente ilimitada.

Las máquinas FRC se diferencian de los tokamaks en forma de rosquilla y son retorcidas, Estelaradores con forma de cruller que actualmente son los diseños de referencia para las instalaciones de fusión en todo el mundo. Los FRC confinan el plasma a temperaturas más altas que los tokamaks, pero solo requieren un conjunto de bobinas electromagnéticas en forma de círculos simples. Además, en lugar de los contenedores circulares en tokamaks y stellarators, Los FRC crean campos que se extienden entre dos puntos finales que son casi lineales, haciendo que un dispositivo FRC de baja potencia sea potencialmente adecuado como motor de cohete propulsado por fusión para la propulsión de naves espaciales.

Recientemente, sin embargo, una nueva investigación en PPPL ha insinuado que, con el diseño adecuado, Los FRC podrían producir plasmas estables. Y debido a que se pronostica que la variante PPPL del FRC producirá muchos menos neutrones de alta energía que los tokamaks, ese tipo de reactor FRC requeriría menos blindaje para proteger el equipo interno y circundante.

La investigación comenzó hace cinco años cuando el estudiante de pregrado Matt Chu-Cheong y Samuel Cohen, investigador principal de los experimentos de FRC del laboratorio, Empecé a pensar en cómo se podrían eliminar las partículas de ceniza creadas en hipotéticos futuros reactores de FRC. Sus cálculos sugirieron que las partículas no deseadas migrarían lentamente a la "capa de raspado" que conecta el plasma a las superficies del material del recipiente. Entrando y saliendo de esta región relativamente fresca, las partículas perderían energía y se ralentizarían, tanto como las naves espaciales pueden reducir la velocidad sumergiéndose en la atmósfera de un planeta. Finalmente, las partículas perderían la velocidad suficiente para permanecer en la capa de raspado y ser canalizadas a un sistema de escape que las eliminara del plasma.

Las partículas entrarían automáticamente en la capa de raspado debido a su alta energía. "Esta es una forma sencilla de eliminar los productos de fusión del núcleo y evitar que se acumulen, "dijo Evans, autor principal de un artículo en Physics of Plasmas que examinó rigurosamente los procesos.

Evans y Cohen temían, sin embargo, que si los electrones en la capa de raspado fueran demasiado fríos, es posible que no se muevan lo suficientemente rápido como para atrapar los iones y provocar su eliminación. "Si los electrones se mueven demasiado lento, "Cohen dijo, "no son capaces de seguir el ritmo de los iones rápidos y los iones no sienten mucha fuerza de arrastre".

Evans formuló una hipótesis y luego realizó simulaciones detalladas en computadoras de alto rendimiento en el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética (NERSC), una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. Las simulaciones, que tuvo en cuenta los campos magnéticos de la hipotética máquina FRC y los efectos de los electrones fríos, produjo datos que sugieren que las partículas de ceniza en un reactor FRC se eliminarían del plasma, aunque más lento de lo que predijeron las teorías creadas en 1960. Sin embargo, la tasa de eliminación prevista fue suficiente para agotar los iones de cenizas y evitar que interfieran con las reacciones de fusión en futuros plasmas FRC.

Los resultados fueron sumamente alentadores. "Mi reacción principal fue el alivio de que las simulaciones funcionaran, que nuestras estimaciones anteriores estaban bien y que al menos en estas simulaciones no vimos ninguna razón por la que este proceso no funcionaría, Evans dijo. En otras palabras, hasta aquí, tan bueno."