Litio, el metal plateado que alimenta los teléfonos inteligentes y ayuda a tratar los trastornos bipolares, también podría desempeñar un papel importante en el esfuerzo mundial por cosechar en la Tierra los energía de fusión limpia y prácticamente ilimitada que alimenta el sol y las estrellas. Primeros resultados del Experimento Beta (LTX-β) de Lithium Tokamak ampliamente mejorado en el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), demostrar que las principales mejoras operan según lo diseñado y mejoran el rendimiento de la calefacción, plasma cargado que alimentará futuros reactores de fusión.

Más relevante para la fusión

La actualización de tres años convirtió lo que ahora es el LTX-β en un Dispositivo más denso y más relevante para la fusión que probará qué tan bien recubrir todas las paredes que miran al plasma con litio líquido puede mejorar el confinamiento y aumentar la temperatura del plasma. "Logramos muchos de nuestros objetivos iniciales de ingeniería, "dijo el físico Drew Elliott del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, un colaborador importante del LTX-β. Elliott, en asignación a largo plazo a PPPL, se desempeñó como autor principal del primer artículo de resultados informado en Transacciones IEEE en la ciencia del plasma .

Las reacciones de fusión combinan elementos ligeros en forma de plasma, el estado de la materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos que constituyen el 99% del universo visible, para liberar enormes cantidades de energía. Los físicos de todo el mundo están buscando duplicar y controlar las reacciones de fusión para crear una caja fuerte ilimitada. Energía libre de carbono para generar electricidad.

Características clave del LTX-β, una versión más pequeña de las instalaciones tokamak magnéticas en forma de rosquilla ampliamente utilizadas que albergan reacciones de fusión, incluir estos factores:Un potente inyector de haz neutro para calentar y alimentar el plasma; un campo magnético casi duplicado en comparación con el dispositivo anterior; y un sistema de evaporación doble para recubrir completamente el litio líquido en todas las superficies de plasma.

Predicciones coincidentes

El funcionamiento del rayo coincidió bien con las predicciones de la fracción de energía que se depositaría en el plasma, en lugar de simplemente brillar a través de él. "Buscamos aumentar la deposición de energía hacia el 100% para que toda la energía que inyectamos entre en el plasma, "dijo Elliott, quien lideró la optimización del rayo neutral, que se basa en la tecnología pionera en ORNL en la década de 1970. "Será un gran impulso científico, en campañas futuras ".

Las mejoras sustanciales tienen como objetivo probar si el LTX-β puede mejorar el rendimiento del plasma más allá de los logros notables de su predecesor. Estos incluyen la demostración de temperaturas que permanecen constantes, o plano, desde el núcleo caliente del plasma hasta el borde exterior normalmente frío.

Tales perfiles de temperatura sin gradientes, el primero visto en una instalación de fusión magnética en el dispositivo anterior, provienen de la capacidad del litio para retener las partículas perdidas que se escapan del núcleo del plasma y evitar que se reciclen y enfríen el borde y el núcleo del plasma. El sostenimiento del borde caliente expande el volumen de plasma disponible para la fusión y la producción de temperatura plana evita las inestabilidades que reducen el desarrollo del confinamiento del plasma.

Objetivos de la actualización

"Los objetivos de la actualización son determinar si las paredes de litio de muy bajo reciclaje pueden mejorar el confinamiento del plasma en un tokamak con calentamiento de haz neutro". "dijo Dick Majeski, investigador principal de LTX-β. "Si LTX-β tiene éxito, podemos pasar a experimentos con litio líquido en el Experimento-Actualización Nacional de Torus Esférico [NSTX-U], "el experimento de fusión insignia en PPPL.

La ejecución inicial del LTX-β demostró mejoras que incluyeron lo siguiente:

• Aumento de la carga de combustible y la densidad del plasma, objetivos principales del inyector de haz neutro;
• Aumento de la deposición de litio líquido en más del 90% de las paredes internas del LTX-β;
• Descargas de plasma más prolongadas, o legumbres, habilitado por el campo magnético reforzado; y
• Corriente de plasma más alta:un elemento crítico que hace que el campo magnético gire en espiral, que es necesario para confinar el plasma.

También se instalan en la actualización nuevos diagnósticos de plasma que caracterizarán aún más el régimen operativo ampliado de la instalación. Y aún quedan por poner en servicio los diagnósticos avanzados que medirán el perfil preciso de varios parámetros del plasma.

"La adición del rayo neutro aumenta la potencia de entrada al plasma en un orden de magnitud y tiene el potencial de crear un régimen de plasma relevante para la fusión con un rendimiento mejorado, "dijo Phil Efthimion, jefe del Departamento de Ciencia y Tecnología del Plasma de PPPL que incluye el LTX-β. "Se debe elogiar a Dick Majeski y a todo el equipo LTX-β por completar esta agresiva actualización dentro del presupuesto y el cronograma.

Expertos en los EE. UU.

La actualización obtenida de expertos en todo Estados Unidos, incluida la colaboración de PPPL, ORNL, Universidad de Princeton, la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA), y la Universidad de Tennessee, Knoxville, y proporciona una herramienta importante para la investigación de la fusión.

"ORNL y PPPL han sido socios en ciencia y tecnología de fusión durante muchos años, y esto continúa esa fuerte unión, "dijo Mickey Wade, director de la División de Energía de Fusión de ORNL. "LTX-β permitirá a la comunidad de la fusión profundizar en la promesa del litio y lo que podría desbloquear al permitir la energía de fusión práctica".

Majeski tiene grandes planes por delante. "En el futuro, nos gustaría aumentar la longitud del pulso del rayo neutral para proporcionar un período más largo de calentamiento y abastecimiento de combustible para el plasma, ", dijo." El rayo agrega mucha flexibilidad al experimento, y queremos aprovechar las nuevas capacidades ".