Berilio, un duro, metal plateado utilizado durante mucho tiempo en máquinas de rayos X y naves espaciales, está encontrando un nuevo papel en la búsqueda de traer el poder que impulsa al sol y las estrellas a la Tierra. El berilio es uno de los dos materiales principales utilizados para la pared en ITER, una instalación de fusión multinacional en construcción en Francia para demostrar la practicidad de la energía de fusión. Ahora, Los físicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y General Atomics han llegado a la conclusión de que inyectar diminutos gránulos de berilio en el ITER podría ayudar a estabilizar el plasma que alimenta las reacciones de fusión.

Los experimentos y las simulaciones por computadora encontraron que los gránulos inyectados ayudan a crear condiciones en el plasma que podrían desencadenar pequeñas erupciones llamadas modos localizados en los bordes (ELM, por sus siglas en inglés). Si se activa con suficiente frecuencia, los diminutos ELM evitan erupciones gigantes que podrían detener las reacciones de fusión y dañar la instalación del ITER.

Los científicos de todo el mundo buscan replicar la fusión en la Tierra para obtener un suministro de energía virtualmente inagotable para generar electricidad. El proceso involucra plasma, una sopa muy caliente de electrones que flotan libremente y núcleos atómicos, o iones. La fusión de los núcleos libera una enorme cantidad de energía.

En los presentes experimentos, los investigadores inyectaron gránulos de carbono, litio, y carburo de boro, metales ligeros que comparten varias propiedades del berilio, en la Instalación Nacional de Fusión DIII-D que General Atomics opera para el DOE en San Diego. "Estos metales ligeros son materiales comúnmente utilizados dentro de DIII-D y comparten varias propiedades con el berilio, "dijo el físico de PPPL Robert Lunsford, autor principal del artículo que informa los resultados en Energía y materiales nucleares . Debido a que la estructura interna de los tres metales es similar a la del berilio, los científicos infieren que todos estos elementos afectarán al plasma ITER de manera similar. Los físicos también utilizaron campos magnéticos para hacer que el plasma DIII-D se asemejara al plasma, como se prevé que ocurra en el ITER.

Estos experimentos fueron los primeros de su tipo. "Este es el primer intento de intentar averiguar cómo penetrarían estos gránulos de impurezas en el ITER y si se produciría un cambio de temperatura suficiente". densidad, y presión para activar un ELM, "dijo Rajesh Maingi, jefe de investigación de plasma-edge en PPPL y coautor del artículo. "Y, de hecho, parece que esta técnica de inyección de gránulos con estos elementos sería útil".

Si es así, la inyección podría reducir el riesgo de grandes ELM en ITER. "La cantidad de energía impulsada hacia las primeras paredes del ITER por los ELM que ocurren espontáneamente es suficiente para causar daños severos a las paredes, ", Dijo Lunsford." Si no se hace nada, tendría una vida útil inaceptablemente corta de los componentes, posiblemente requiriendo el reemplazo de piezas cada dos meses ".

Lunsford también usó un programa que él mismo escribió que mostraba que inyectar gránulos de berilio que miden 1,5 milímetros de diámetro, aproximadamente del grosor de un palillo de dientes, penetraría en el borde del plasma ITER de una manera que podría desencadenar pequeños ELM. En ese tamaño, suficiente de la superficie del gránulo se evaporaría, o ablate, para permitir que el berilio penetre en lugares del plasma donde los ELM pueden activarse con mayor eficacia.

El siguiente paso será calcular si los cambios de densidad causados ​​por los gránulos de impurezas en el ITER activarían realmente un ELM, como indican los experimentos y las simulaciones. Actualmente, esta investigación se está llevando a cabo en colaboración con expertos internacionales del ITER.

Los investigadores visualizan la inyección de gránulos de berilio como solo una de las muchas herramientas, incluido el uso de imanes externos y la inyección de bolitas de deuterio, para gestionar el plasma en instalaciones de tokamak en forma de rosquilla como ITER. Los científicos esperan realizar experimentos similares en el Joint European Torus (JET) en el Reino Unido. actualmente el tokamak más grande del mundo, para confirmar los resultados de sus cálculos. Dice Lunsford, "Creemos que será necesario que todos trabajen juntos con un montón de técnicas diferentes para controlar realmente el problema de ELM".