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 En la imagen (M.R. Wade, General Atomics) vemos una recreación artística del interior de un reactor del tipo Tokamak. El plasma es confinado mediante la aplicación de un fuerte campo magnético que recorre la dirección toroidal (alrededor del agujero en el “donut” tal y como muestra la flecha) generado por bobinas externas (no mostradas) y el campo magnético de una corriente muy intensa que fluye en la misma dirección. El plasma se mantiene en el interior de una estructura metálica tratada con materiales especiales para mantener libre de impurezas al plasma y evitar que el calor se extinga.

En la búsqueda de la producción de energía mediante fusión nuclear, investigadores del DIII-D National Fusion Facility han confirmado recientemente predicciones teóricas ya bien asentadas que muestran que rendimiento, eficiencia y confiabilidad pueden darse a la vez en los reactores tokamak, los más famosos dispositivos para fusión por confinamiento magnético, operando en sus límites de rendimiento. Los experimentos diseñados para probar estas predicciones han demostrado con éxito la interacción de estas condiciones.

Estos nuevos hallazgos serán presentados en el Americal Physical Society – Division of Plasma en la 51 reunión anual entre el 2 y el 6 de noviembre en el Atlanta Hyatt Regency Hotel.

La energía nuclear de fusión ha mantenido al Sol brillando durante miles de millones de años. Cuando la fusión se consigue en el laboratorio, la eficiencia está determinada por la temperatura y la densidad alcanzadas por el plasma, un gas ionizado que se forma a partir de isótopos de hidrógeno y que alcanza temperaturas de 10 millones de grados celsius. Debido a las temperaturas extremas, el plasma está confinado por campos magnéticos en un “tokamak”, una vasija con forma toroidal rodeada de potentes electroimanes.

En la pasada década, los científicos han hecho progresos enormes en el camino hacia conseguir altas presiones para cada vez más largos periodos de tiempo. Un elemento clave de los experimentos recientes es la confirmación en la predicción teórica de que se puede confiar en las paredes del tokamak para mejorar la estabilidad del plasma a presiones elevadas.

Una vez que el plasma se vuelve lo bastante caliente y denso, ocurre la fusión, produciendo enormes cantidades de iones de helio de altas energías (partículas alfa). Para una eficiencia óptima, este calor autogenerado debe estar bien contenido en el interior de la “botella magnética” del Tokamak. Los modelos predicen que la pérdida de calor en el tokamak debido a la turbulencia depende mucho de la configuración del campo magnético. Los investigadores han encontrado recientemente que esta turbulencia puede minimizarse en la misma configuración necesaria para alcanzar las presiones elevadas. Por lo tanto, el rendimiento y la eficiencia pueden ser sinergéticos.

Curiosamente, los remolinos en el plasma pueden afectar además a su calentamiento por la emisión de núcleos de helio de alta energía que se forman a partir de la fusión de los átomos de hidrógeno. Estas partículas energéticas no sólo se comportan de forma distinta frente a las turbulencias sino que además pueden formar grandes remolinos ellas mismas, tal y como sugieren resultados teóricos recientes.

Mientras que estos remolinos podrían producir un pequeño transporte de partículas alfa, los nuevos remolinos mayores pueden incrementar este transporte de manera sustancial. A medida que se enfrían las partículas alfa, los fenómenos de transporte se vuelven similares al nivel de fondo.

Para una alta confiabilidad, un tokamak necesita sostener el plasma denso y caliente durante el mayor tiempo posible. Y trabajos recientes han mostrado que el plasma en un tokamak pueden ser inducidos para reproducir el siguiente esquema de relaciones: mayores presiones implica mayor corriente eléctrica autogenerada que ayuda a controlar el plasma, lo cual a su vez implica que hay menos dependencia con los controles externos que a su vez implica una mayor duración, lo cual conlleva a una mayor confiabilidad.

Tras décadas de esfuerzo para mejorar el comportamiento y los productos de los plasmas de fusión, los científicos están descubriendo que la naturaleza puede ser también compasiva para permitir a la vez alto rendimiento (mucha electricidad), eficiencia óptima (rentabilidad) y una gran confiabilidad (el circuito eléctrico siempre va a funcionar) para el diseño de plantas de energía.

Este artículo es una traducción libre de: High-performance plasmas may make reliable, efficient fusion power a reality en PhysOrg.

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    1. Hola MiGUi. Hay un par de cosas que todavía no tengo claras. 1) La energía generada en el proceso de fusión, sería aprovechable mediante un ciclo de Rankine o genera un campo electromagnético que a su vez se puede aprovechar para generar directamente electricidad? O quizás las dos? 2) Entiendo el confinamiento, pero como llegar hasta ese estado? Es decir, que fuente se utiliza para alcanzar esos millones de grados? El plasma se comporta como un fluido? Uff, creo que estoy muy espeso.. Es que acabo de salir de un examen y ya se sabe… Un saludo y gracias por tu magnífica web.