- La instalación DIII-D de EE. UU. colabora con Kyoto Fusion Technology para desarrollar un sistema de escape.
- El nuevo diseño de plasma en forma de triángulo negativo ayuda a mitigar los pulsos térmicos.
- La empresa Kyoto producirá ladrillos resistentes al calor para construir un desvío, que servirá como chimenea del reactor.
- Los resultados de las pruebas ayudarán a validar el modelo de la planta, avanzando en la comercialización de la tecnología de fusión.
Científicos dedicados a la investigación de la fusión nuclear han iniciado un nuevo proyecto para abordar uno de los problemas de ingeniería más difíciles entre los reactores experimentales y la energía eléctrica comercial. La instalación nacional DIII-D, ubicada en California, ha colaborado con la empresa japonesa Kyoto Fusion Technology para construir y probar un sistema de escape especializado, diseñado para enfrentar la intensa calor generada en los reactores de fusión. Este sistema se instalará directamente en el dispositivo tokamak de DIII-D, que es una plataforma de prueba financiada por el Departamento de Energía de EE. UU. La fusión nuclear genera energía limpia al fusionar átomos ligeros, un proceso similar al que impulsa al sol.
La mayor parte de la investigación se lleva a cabo en una cámara de campo magnético en forma de donut llamada tokamak. Sin embargo, calentar la materia a más de 100 millones de grados Celsius representa un grave riesgo para las paredes de la máquina.
El potencial del diseño en triángulo negativo
Con respecto al nuevo modo de operación del tokamak, los reactores estándar sufren pulsos térmicos repentinos y severos que erosionan la superficie interna con el tiempo. Para abordar este problema, los investigadores se han vuelto hacia un diseño conocido como "triángulo negativo". Kyoto Fusion Technology explica: "El plasma en forma de triángulo negativo o forma de 'D' invertida podría ser un método operativo transformador para dispositivos de fusión como el tokamak que contienen campos magnéticos." Esta geometría alternativa ofrece una ventaja física elegante, capaz de suprimir explosiones térmicas inestables y radiar suavemente el exceso de energía térmica antes de que afecte las paredes del reactor.
Sin embargo, a pesar de las prometedoras perspectivas de este diseño, nadie ha probado su configuración con un sistema de escape de grado industrial para abordar su flujo de partículas único.
Desarrollo de un nuevo desvío
Este nuevo proyecto aborda directamente esta laguna, ya que Kyoto Fusion Technology producirá ladrillos resistentes al calor para construir un "desvío" diseñado específicamente, que actuará como chimenea del reactor. Una vez completada la instalación, investigadores de DIII-D, Kyoto Fusion Technology y la Universidad de Columbia iniciarán pruebas exhaustivas en el tokamak. Suk-Ho Hong, coordinador de promoción de tecnología de fusión de DIII-D, afirmó: "Necesitamos entender cómo se comporta el triángulo negativo en configuraciones de dispositivos comerciales, lo que ha llevado a esta colaboración." Señaló que este proyecto permitirá a los científicos evaluar este enfoque en una plataforma de prueba activa y rentable.
Los ingenieros enfrentan un delicado desafío de equilibrio dentro de la cámara. La máquina debe mantener una temperatura central lo suficientemente alta para lograr la fusión nuclear, mientras que el borde exterior debe mantenerse lo suficientemente fresco para evitar derretir el equipo circundante. Las pruebas evaluarán el rendimiento del plasma en forma de D invertida durante períodos prolongados de operación y medirán la carga térmica y el estrés mecánico en los componentes internos. Bibake Uppal, presidente de Kyoto Fusion Technology, resumió: "La carga de neutrones alta y el flujo de calor son uno de los desafíos más críticos para la viabilidad de las plantas de fusión nuclear." Subrayó que probar el concepto del nuevo desvío es crucial para demostrar la viabilidad comercial.
Los resultados de esta investigación se utilizarán en una hoja de ruta más amplia establecida por el Departamento de Energía de EE. UU., y los resultados de las pruebas ayudarán a los físicos a validar los modelos computacionales generales de la planta, evaluar la estabilidad del plasma y refinar los materiales necesarios para futuras plantas piloto. Los datos experimentales se compartirán libremente dentro de la red internacional de usuarios de DIII-D. A través de la investigación abierta, esta colaboración tiene como objetivo ayudar a las empresas de fusión nuclear comerciales en todo el mundo a diseñar reactores capaces de proporcionar energía estable a la red eléctrica.
La importancia del sistema de escape para el desarrollo de la fusión nuclear
El desarrollo de la tecnología de fusión nuclear enfrenta múltiples desafíos de ingeniería, especialmente en la gestión térmica en entornos de alta temperatura. Esta colaboración se centra en el desarrollo de un sistema de escape que pueda abordar eficazmente los pulsos térmicos dentro del reactor, lo cual es crucial para mejorar la viabilidad comercial de la fusión nuclear. La aplicación del diseño en triángulo negativo no solo podría mejorar la estabilidad del plasma, sino que también proporcionará datos clave para futuras plantas de fusión nuclear, avanzando aún más en la realización de la tecnología de fusión a nivel global.