Quizás el mayor desafío tecnológico para recolectar en la Tierra la energía de fusión que alimenta al sol y las estrellas en los futuros reactores de fusión de tokamak será controlar el calor extremo que podría golpear el sistema de escape dentro de los dispositivos. Tal flujo de calor, o flujo, podría dañar seriamente las paredes del desviador en el corazón del sistema de escape y apagar las reacciones de fusión en las instalaciones en forma de rosquilla.

Investigadores del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han creado un plan que utiliza litio líquido para evitar que toda la fuerza del calor extremo golpee el desviador y permitiría que los tokamaks sigan funcionando. "Habrá una advertencia y si puede detectarla e implementar una solución lo suficientemente rápido, puede evitar que el evento dañe la pared del desviador, "dijo el físico Masayuki Ono, autor principal de un artículo en el Journal of Fusion Energy que describe una solución propuesta.

Las reacciones de fusión combinan elementos ligeros en forma de plasma:los estado cargado de materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos que constituye el 99 por ciento del universo visible, para generar cantidades masivas de energía. Los físicos de todo el mundo están tratando de reproducir y controlar tales reacciones para crear un entorno seguro, Suministro de energía limpia y prácticamente inagotable para generar electricidad.

Enorme energía almacenada

El problema surge porque se espera que la energía almacenada en el núcleo del plasma que alimentará a los futuros tokamaks sea 1, 000 veces mayor que en las instalaciones que se utilizan hoy en día. Si solo el 1% de la energía almacenada saliera del núcleo de un futuro reactor y alcanzara el desviador, el daño podría ser extenso, Dijo Ono. Tal evento podría ser causado por brotes como modos localizados en el borde (ELM), en el que intensas ráfagas de calor pueden estrellarse contra las paredes de plasma de un tokamak. El remedio propuesto, ideado con el coautor Roger Raman, un físico de la Universidad de Washington en asignación a largo plazo a PPPL, pide la inyección de gránulos de litio, un metal plateado ligero, en el desviador en el corazón de la región de escape, donde el litio se licuaría e irradiaría fuertemente. La radiación esparciría gran parte del calor extremo que escapa del núcleo del plasma y minimizaría la cantidad que golpea la pared del desviador.

"La idea es inyectar impurezas ligeras como el litio, boro, o berilio en la región del desviador para irradiar gran parte de la energía, "Ono explicó." El truco será entrar lo suficientemente rápido para proteger el desviador con muy poca radiación que afecte el núcleo de plasma. No desea inyectar demasiado material de impurezas, solo lo suficiente para hacer el trabajo ".

Los investigadores actualmente inyectan litio en tokamaks con simples, Tecnologías económicas como inyectores de pistola de gas y un sistema basado en ruedas de paletas que inyectan continuamente un chorro de partículas. Sin embargo, Ono y Raman dicen que las pistolas de gas tienden a inyectar una carga de gas en la cámara de vacío que alberga el plasma central, lo que podría causar problemas.

Inyector de alta velocidad

Los autores proponen reemplazar las pistolas de gas con un "inyector de partículas electromagnéticas" similar a uno que Raman ha estado desarrollando en la Universidad de Washington. "Evitar la carga de gas innecesaria con un tiempo de respuesta rápido controlado es especialmente importante, ", Dijo Raman. El concepto propuesto permanecería en modo de espera hasta que sea necesario, y luego inyectaría la carga útil radiativa en una escala de tiempo rápida.

Las advertencias de un flujo de calor extremo podrían provenir de los repentinos destellos de luz que crearían los estallidos de calor en el borde del plasma. Tales ráfagas podrían llegar al desviador en aproximadamente 10 milisegundos. El inyector de partículas electromagnéticas dispararía rápidamente un proyectil de alta velocidad en la región del desviador para irradiar el flujo de calor que se precipita.

Los científicos han aplicado previamente litio líquido a través de una técnica diferente al borde del plasma en el Experimento Nacional de Torus Esférico (NSTX), el precursor del Experimento-Actualización Nacional de Torus Esférico (NSTX-U), la actual instalación insignia de fusión en PPPL, y descubrió que el metal reducía el flujo de calor máximo del desviador. Los autores ahora proponen probar la aplicación de litio con un inyector electromagnético en el NSTX-U cuando la instalación esté disponible después de completar las reparaciones en curso.

Si esta prueba tiene éxito, la aplicación podría probarse a continuación en tokamaks futuros como ITER, el tokamak internacional en desarrollo en Francia. "Este es un duro problema desafiante, "Ono dijo sobre el control del flujo de calor extremo." Es un problema de largo alcance y sería prudente asegurarnos de que tenemos formas de minimizar el impacto ".