La fusión nuclear es un proceso ampliamente estudiado a través del cual los núcleos atómicos de un número atómico bajo se fusionan para formar un núcleo más pesado, al tiempo que liberan una gran cantidad de energía. Las reacciones de fusión nuclear se pueden producir utilizando un método conocido como fusión por confinamiento inercial, que implica el uso de potentes láseres para implosionar una cápsula de combustible y producir plasma.

Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), la Universidad de Delaware, la Universidad de Rochester, el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, el Imperial College de Londres y la Universidad de Roma La Sapienza han demostrado recientemente qué sucede con esta implosión cuando se aplica un fuerte campo magnético a la cápsula de combustible utilizada para la fusión por confinamiento inercial. Su artículo, publicado en Physical Review Letters , demuestra que los campos magnéticos intensos aplanan la forma de las implosiones de fusión inercial.

"En la fusión por confinamiento inercial, se implosiona una cápsula esférica de tamaño milimétrico utilizando láseres de alta potencia para la fusión nuclear", dijo a Phys.org Arijit Bose, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio. "Aplicar un campo magnético a las implosiones puede atar las partículas de plasma cargadas al campo B y mejorar sus posibilidades de fusión. Sin embargo, dado que el campo magnético puede restringir el movimiento de las partículas de plasma solo en la dirección a través de las líneas de campo y no en la dirección a lo largo de las líneas de campo aplicadas, esto puede introducir diferencias entre las dos direcciones que afectan la forma de implosión".

Durante la última década, varios físicos investigaron los posibles efectos de las implosiones de fusión magnetizante. Sin embargo, la mayoría de sus estudios fueron de naturaleza numérica y no probaron hipótesis en un entorno experimental.

Bose y sus colegas decidieron realizar una serie de pruebas para determinar empíricamente qué sucede con la forma de las implosiones de fusión inercial bajo una fuerte magnetización. Sus experimentos se diseñaron específicamente para explorar las propiedades de los plasmas fuertemente magnetizados, mediante la producción de condiciones de plasma únicas. En estas condiciones, los iones y electrones del plasma se magnetizan.

"Vale la pena señalar que la magnetización de los iones de plasma es muy difícil de lograr y no se ha estudiado con láseres de alta potencia", explicó Bose. "Para llevar a cabo nuestras pruebas, utilizamos un campo magnético extremadamente alto de 50T, mucho más alto que los utilizados en experimentos anteriores, y usamos choques para impulsar los experimentos de implosión en las instalaciones del láser OMEGA. Descubrimos, por primera vez, que este campo aplanó la forma de la implosión, de modo que se volvió más achatada".

Los investigadores llevaron a cabo sus experimentos en las instalaciones de láser OMEGA, ubicadas en el Laboratorio de Energética Láser en Rochester, Nueva York. Específicamente, aplicaron campos B altos (es decir, con fuerzas 1000 veces más altas que las de los imanes de barra típicos), a una cápsula esférica de tamaño milimétrico, que se calentó a más de 100 millones K usando un choque impulsado por láser.

"El calentamiento por choque y el campo B aplicado produjeron condiciones de plasma únicas con electrones e iones fuertemente magnetizados que fueron importantes para los experimentos", dijo Bose. "A través de simulaciones, determinamos que esta forma achatada es causada por la supresión del flujo de calor (perpendicular a la dirección del campo magnético) en el plasma fuertemente magnetizado".

El trabajo reciente de este equipo de investigadores proporciona información nueva y valiosa sobre las implosiones de fusión inercial y los efectos que los campos magnéticos pueden tener sobre ellas. En el futuro, el método que describieron podría ser utilizado por otros equipos para producir iones y electrones fuertemente magnetizados en entornos experimentales, utilizando láseres de alta potencia.

"Lo más notable es que fuimos los primeros en observar que el campo magnético aplicado aplanaba la forma de implosión", agregó Bose. "En nuestros próximos estudios, planeamos usar la 'receta' descrita en nuestro artículo para realizar más experimentos destinados a producir electrones e iones fuertemente magnetizados para investigar el efecto de la magnetización en las propiedades de transporte". + Explora más

Descubriendo una forma novedosa de traer la energía que alimenta el sol y las estrellas a la Tierra

© 2022 Red Ciencia X