El físico Walter Guttenfelder con cifras del artículo que escribió con investigadores de PPPL, incluidos miembros del equipo NSTX-U y 23 instituciones colaboradoras en todo el mundo. Crédito:Elle Starkman/PPPL Oficina de Comunicaciones; collage de Kiran Sudarsanan.
La instalación de fusión insignia del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) podría servir como modelo para una planta piloto de fusión de próxima generación económicamente atractiva, según simulaciones y análisis recientes. La planta piloto podría convertirse en el próximo paso de EE. UU. para recolectar en la Tierra la energía de fusión que impulsa al sol y las estrellas como una fuente segura y limpia de energía para generar electricidad.
La comunidad de fusión de EE. UU. recientemente instó a un esfuerzo inmediato para diseñar y construir una planta piloto rentable para generar electricidad en la década de 2040. Las capacidades únicas del buque insignia de PPPL, la Actualización del experimento de toro esférico nacional (NSTX-U) que se encuentra actualmente en reparación, han hecho que su diseño sea un candidato para ese rol. "Se trata de intentar proyectar si esta ruta es favorable para una planta piloto rentable y más allá", dijo el físico principal Walter Guttenfelder, autor principal de un artículo en la revista Nuclear Fusion que detalla los últimos hallazgos.
La fusión produce una gran cantidad de energía al combinar elementos ligeros como el hidrógeno en forma de plasma, el estado cargado y caliente de la materia compuesto de electrones libres y núcleos atómicos, o iones. El plasma compone el 99 por ciento del universo visible y alimenta las reacciones de fusión que producen calor y luz que crean y sustentan la vida en la Tierra.
El NSTX-U de forma esférica produce plasmas de alta presión necesarios para las reacciones de fusión en una configuración relativamente compacta y rentable. Las capacidades operativas de la instalación se han mejorado considerablemente con respecto a su predecesora previamente actualizada. "La principal motivación de NSTX-U es impulsar campos magnéticos aún más altos que soportan plasmas de alta temperatura para ver si continúan las tendencias favorables observadas anteriormente", dijo Guttenfelder.
La teoría, el análisis y el modelado recientes del equipo de investigación de NSTX-U predicen que muchas de estas tendencias deberían demostrarse en nuevos experimentos de NSTX-U. Las condiciones de funcionamiento previstas para el NSTX-U incluyen lo siguiente:
Puesta en marcha de plasma
El modelado se ha desarrollado para optimizar de manera eficiente el inicio y la aceleración del plasma, y se aplicó para ayudar a una instalación de tokamak esférico en el Reino Unido a producir su primer plasma.
Comprender el borde de plasma
Nuevos modelos simulan la dinámica entre el borde del plasma y la pared del tokamak que puede determinar si el núcleo del plasma alcanzará las temperaturas de 150 millones de grados necesarias para producir reacciones de fusión.
Aplicación de inteligencia artificial
El aprendizaje automático de IA ha desarrollado una ruta rápida para optimizar y controlar las condiciones del plasma que se acercan mucho a los objetivos de prueba previstos.
Técnicas novedosas
Las simulaciones sugieren muchas técnicas novedosas para proteger los componentes interiores del NSTX-U de las ráfagas de calor de escape de las reacciones de fusión. Entre estos conceptos se encuentra el uso de litio vaporizado para reducir el impacto del flujo de calor.
Rendimiento estable
Los estudios encontraron que una ventana para el rendimiento de NSTX-U puede permanecer estable frente a inestabilidades que podrían degradar las operaciones.
Qué evitar
Una mayor comprensión de las condiciones a evitar proviene de una excelente concordancia entre el rango predicho de plasmas inestables y una gran base de datos experimental.
Por lo tanto, se ha logrado un progreso considerable en la comprensión y proyección de cómo NSTX-U puede avanzar en el desarrollo de la energía de fusión, la Fusión nuclear dice el papel. "El siguiente paso", dijo Guttenfelder, "es ver si los nuevos experimentos validan lo que estamos prediciendo y, si no, refinar las predicciones. Estos pasos juntos permitirán proyecciones más confiables para dispositivos futuros". Tomando una nueva tangente para controlar las molestas ondas en los plasmas de fusión
