La fusión ofrece el potencial de una energía casi ilimitada al calentar un gas atrapado en un campo magnético a temperaturas increíblemente altas donde los átomos son tan energéticos que se fusionan cuando chocan. Pero si ese gas caliente llamado plasma, se libera del campo magnético, debe volver a colocarse de forma segura para evitar dañar el dispositivo de fusión; este problema ha sido uno de los grandes desafíos de la fusión confinada magnéticamente.

Durante estas supuestas interrupciones, la rápida liberación de energía en el plasma puede dañar el dispositivo de fusión:el calor intenso puede vaporizar o derretir las paredes, Las grandes corrientes eléctricas pueden generar fuerzas dañinas. y los haces de electrones "fugitivos" de alta energía pueden causar daños localizados intensos.

Hacer que las interrupciones sean menos disruptivas implica inyectar material en el plasma que irradia uniformemente la energía del plasma. Un desafío es que el material tiene dificultades para llegar a la mitad del plasma antes de que se produzca una ruptura. Los investigadores esperan que introducir material en el medio pueda proporcionar un enfriamiento "de adentro hacia afuera" del plasma, Previniendo la interrupción y la producción de electrones fuera de control.

Los investigadores de la Instalación Nacional de Fusión DIII-D han demostrado una nueva técnica revolucionaria para lograr este enfriamiento "de adentro hacia afuera" antes de que ocurra una interrupción. Un gránulo de caparazón de diamante de pared delgada transporta una carga útil de polvo de boro profundamente en el plasma (Figura 1). Los experimentos muestran que los gránulos de proyectiles disparados al núcleo a unas 450 millas por hora pueden depositar polvo de boro en las profundidades del plasma, donde es más eficaz. Las conchas de diamantes se desintegran gradualmente en el plasma antes de liberar el polvo cerca del centro del plasma.

El nuevo enfoque transforma las perspectivas de la energía de fusión al resolver potencialmente tres problemas principales:irradiar de manera eficiente el calor del plasma, reducir las fuerzas del plasma en el dispositivo de fusión, y prevenir la formación de haces de electrones energéticos.

Como director científico de DIII-D, Richard Buttery, comentarios "Los perdigones de concha ofrecen el potencial de hacer frente a las tres facetas del desafío, eliminando el riesgo de dañar el dispositivo ".

El trabajo futuro tiene como objetivo crear diseños de caparazones más sofisticados que puedan transportar cargas útiles más grandes y penetrar plasmas de clase de reactor.

Otra técnica que se está explorando en DIII-D se conoce como inyección de gránulos rotos. En este enfoque, gránulos congelados sólidos hechos de un isótopo pesado de hidrógeno y neón o argón se disparan hacia el plasma a alta velocidad. Se rompen en pequeños fragmentos antes de golpear el borde del plasma. Los investigadores realizaron experimentos y extrapolaron los resultados al gran dispositivo de fusión, ITER, siendo desarrollado en Francia. Creen que esta técnica será eficaz en ITER.

"La mejor manera de prevenir interrupciones de manera confiable sigue siendo una pregunta abierta, "dijo el investigador Nick Eidietis, que trabaja en el dispositivo de fusión DIII-D en San Diego y presentará su investigación en la reunión de la División de Física del Plasma de la Sociedad Estadounidense de Física en Portland, Oregón. "Pero estamos logrando un progreso significativo en el desarrollo de la comprensión y las técnicas necesarias para lograr el poder de fusión. Si esta nueva técnica de caparazón cumple su promesa inicial, transformará las perspectivas de una operación confiable de plantas de energía de fusión ".