julio 2, 2022

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El poder de la energía de fusión finalmente se puede desbloquear gracias a una nueva actualización de física

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En el mundo de las energías renovables, quizás no haya un objetivo más ambicioso que la energía de fusión. Esto implica fusionar átomos de hidrógeno para crear helio, un proceso que genera como resultado una cantidad impía de energía. Es una reacción que ocurre cada momento en el sol, pero replicarla en la Tierra es un proceso mucho más raro y arduo. Sin embargo, si tenemos éxito, tendremos acceso a una fuente limpia de electricidad renovable que satisfaga nuestras crecientes necesidades energéticas.

Para hacer esto, los investigadores están siguiendo un fenómeno llamado «encendido», que es cuando un reactor de fusión genera más energía de la necesaria para crear la reacción inicial. Se están realizando algunos intentos importantes para lograr este objetivo, incluido el Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER) en Francia. Ese esfuerzo utiliza imanes poderosos en una máquina llamada tokamak para crear plasma sobrecalentado creado con combustible de hidrógeno.

Pero hay un problema: hay mucho combustible de hidrógeno que puedes poner en un tokamak antes de que todo empiece a salir terriblemente mal.

«Una de las limitaciones de producir plasma dentro de un tokamak es la cantidad de combustible de hidrógeno que se puede inyectar en él», dijo Paolo Ricci, investigador del Swiss Plasma Center. dijo en un comunicado de prensa. «Desde los primeros días de la fusión, sabíamos que si intentaba aumentar la densidad del combustible, en algún momento se produciría lo que llamamos una ‘interrupción’: básicamente, se pierde la contención por completo y el plasma se va por todas partes».

Para resolver este problema, los científicos comenzaron a investigar diferentes ecuaciones para medir la cantidad máxima de hidrógeno que se puede poner dentro de un tokamak antes de que se detenga. Una ley que finalmente se hizo popular y se convirtió en un pilar en el mundo de la investigación de la fusión se conoce como el «límite de Greenwald», que dice que la cantidad de combustible que se puede usar en el tokamak está directamente relacionada con el radio de la máquina. Los investigadores detrás de ITER incluso construyeron su máquina basándose en esta ley.

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Pero ni siquiera el límite de Greenwald era perfecto.

“El límite de Greenwald es lo que llamamos un límite o ley ‘empírica’, lo que básicamente significa que es como una regla empírica basada en observaciones realizadas en experimentos anteriores”, Alex Zylstra, físico experimental del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California. , le dijo a The Daily Beast en un correo electrónico. “Son muy útiles, pero siempre debemos tener cuidado al aplicarlos fuera de las condiciones en las que tenemos datos experimentales”.

Es por eso que Ricci y su equipo desafiaron esta antigua creencia en un nuevo rol publicado el 6 de mayo en la revista Cartas de revisión física. En él, postulan que el límite de Greenwald se puede aumentar casi al doble, casi duplicando la cantidad de combustible de hidrógeno que puede entrar en un tokamak para producir plasma. Sus hallazgos podrían sentar las bases para que futuros reactores de fusión como el DEMO -un sucesor del ITER que se encuentra actualmente en desarrollo- finalmente logre su ignición.

“Esto es importante porque muestra que la densidad que se puede lograr en un tokamak aumenta con la potencia necesaria para hacerlo funcionar”, dijo Ricci. “De hecho, DEMO funcionará a una potencia mucho mayor que los tokamaks e ITER actuales, lo que significa que puede agregar más densidad de combustible sin limitar la producción, en contraste con la ley de Greenwald. Y esa es una muy buena noticia”.

Zylstra cree que los hallazgos del equipo son significativos porque arrojan luz sobre por qué exactamente los reactores de fusión también tienen este límite. También muestra que los diseños de tokamak como ITER o DEMO pueden estar «menos restringidos de lo que se pensaba». Con el aumento de la densidad del combustible dos veces, esto podría resultar en una gran mejora en la potencia de sus tokamaks y, en última instancia, conducirnos a la ignición.

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“La fusión es un problema extremadamente desafiante, tanto científica como tecnológicamente, y hacer que la energía de fusión sea una realidad requiere muchos avances que se tomen paso a paso”, agregó Zylstra. «Si este estudio se valida aún más, especialmente en máquinas como ITER, sin duda ayudará a la comunidad de fusión magnética a diseñar y optimizar de manera creíble diseños futuros para instalaciones experimentales y de generación de energía».

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