Los físicos Allan Reiman, izquierda, y Nat Fisch. Crédito:Elle Starkman / Oficina de Comunicaciones de PPPL
Los científicos que buscan llevar la reacción de fusión que impulsa al sol y las estrellas a la Tierra deben mantener el plasma supercaliente libre de interrupciones. Ahora, los investigadores del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han descubierto un proceso que puede ayudar a controlar las interrupciones que se consideran más peligrosas.
Replicando la fusión, que libera energía ilimitada al fusionar núcleos atómicos en el estado de la materia conocido como plasma, podría producir energía limpia y virtualmente ilimitada para generar electricidad para ciudades e industrias en todas partes. Por lo tanto, capturar y controlar la energía de fusión es un desafío científico y de ingeniería clave para los investigadores de todo el mundo.
Creando islas magnéticas
El hallazgo de PPPL, reportado en Cartas de revisión física , se centra en los llamados modos de desgarro:inestabilidades en el plasma que crean islas magnéticas, una fuente clave de alteraciones del plasma. Estas islas, estructuras similares a burbujas que se forman en el plasma, puede crecer y desencadenar eventos disruptivos que detienen las reacciones de fusión y dañan las instalaciones en forma de rosquilla llamadas "tokamaks" que albergan las reacciones.
Los investigadores encontraron en la década de 1980 que el uso de ondas de radiofrecuencia (RF) para impulsar la corriente en el plasma podría estabilizar los modos de desgarro y reducir el riesgo de interrupciones. Sin embargo, los investigadores no se dieron cuenta de que pequeños cambios, o perturbaciones, en la temperatura del plasma podrían mejorar el proceso de estabilización, una vez que se excede un umbral clave en el poder. El mecanismo físico que ha identificado PPPL funciona así:
El impacto general de este proceso crea lo que técnicamente se llama "condensación de corriente de RF, "o concentración de potencia de RF dentro de la isla que evita que crezca". La deposición de potencia aumenta considerablemente, "dijo Allan Reiman, físico teórico de PPPL y autor principal del artículo. "Cuando la deposición de energía en la isla supera un nivel de umbral, hay un salto en la temperatura que refuerza mucho el efecto estabilizador. Esto permite la estabilización de islas más grandes de lo que se creía posible ".
Beneficioso para ITER
Este proceso puede resultar especialmente beneficioso para ITER, el tokamak internacional en construcción en Francia para demostrar la viabilidad de la energía de fusión. "Existe la preocupación de que las islas se agranden y provoquen interrupciones en el ITER, "Dijo Reiman." Tomados en conjunto, estos nuevos efectos deberían facilitar la estabilización de los plasmas ITER ".
Reiman trabajó con el profesor Nat Fisch, director asociado de asuntos académicos de PPPL y coautor del informe. Fisch había demostrado en un artículo histórico de la década de 1970 que las ondas de RF podrían usarse para impulsar corrientes para confinar los plasmas tokamak a través de un proceso que ahora se llama "impulsión de corriente de RF".
Fisch señala cómo "fue el artículo pionero de Reiman en 1983 el que predijo que estas corrientes de RF también podrían estabilizar los modos de desgarro. El uso del impulso de corriente de RF para la estabilización de los modos de desgarro fue quizás incluso más crucial para el programa tokamak que el uso de estas corrientes para confinar el plasma, "Dijo Fisch.
"Por eso, " él dijo, "El artículo de 1983 de Reiman esencialmente lanzó campañas experimentales sobre tokamaks en todo el mundo para estabilizar los modos de desgarro". Es más, él agregó, "Significativamente, además de predecir la estabilización de los modos de desgarro por RF, el artículo de 1983 también señaló la importancia de la perturbación de la temperatura en las islas magnéticas ".
Característica subestimada
El nuevo artículo da una nueva mirada al impacto de estas perturbaciones de temperatura en las islas, una característica que se ha subestimado desde que el documento de 1983 lo señaló. "Básicamente, retrocedimos 35 años para llevar ese pensamiento un poco más lejos al explorar la fascinante física y las implicaciones más amplias de la retroalimentación positiva". ", Dijo Fisch." Resultó que estas implicaciones ahora podrían ser muy importantes para el programa tokamak de hoy ".
Los teóricos comenzaron su trabajo reciente con un modelo simple y avanzaron a otros más complejos para abordar los problemas clave. Ahora planean producir una imagen más detallada con modelos aún más sofisticados. También están trabajando para sugerir campañas experimentales que expongan estos nuevos efectos. El apoyo para esta investigación proviene de la Oficina de Ciencias del DOE.
