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Viernes, 13 diciembre 2013
Ingeniería

Una singular antena para controlar mejor los reactores prácticos de fusión nuclear

La fusión nuclear es un proceso del todo distinto a la fisión nuclear. La fisión, que es la empleada por las centrales nucleares, consiste en fragmentar núcleos de átomos, y conlleva la emisión de mucha radiactividad. En cambio, la fusión nuclear, que es la que hace funcionar a las estrellas, consiste en juntar núcleos de átomos, y se evita toda la problemática de la radiactividad de las centrales nucleares. La fusión nuclear puede, por tanto, ser vista como una alternativa ecológica a la muy contaminante fisión nuclear.

La tecnología necesaria para un reactor de fusión nuclear se está consiguiendo poco a poco, a diferencia de la tecnología de fisión que es operativa desde mediados del siglo XX.

Uno de los retos a los que se enfrentan los diseños de reactor de fusión nuclear es regular el flujo de calor y de partículas en su interior.

Un nuevo y revolucionario dispositivo, ideado por el equipo de Theodore Golfinopoulos y Brian LaBombard, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, podría ser una solución idónea para superar ese reto. El dispositivo, que se puede describir como una antena, aprovecha vibraciones resonantes, presentes de modo natural, para regular el flujo de partículas y de calor en los bordes de la masa de plasma dentro de un reactor de fusión nuclear del tipo tokamak.

La mayoría de los reactores experimentales de fusión nuclear del mundo, como el del Centro de Ciencia del Plasma y Fusión del MIT, son del tipo tokamak, en los que se usan poderosos campos magnéticos para retener el plasma caliente dentro de una cámara en forma de dónut (o toroidal). El término tokamak proviene del nombre ruso del primer reactor de esta clase en la historia de la humanidad, el desarrollado en Rusia en la década de 1960.

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A la izquierda, modelo de la nueva antena, diseñada para su instalación en el reactor de fusión nuclear Alcator C-Mod del MIT, un reactor experimental del tipo tokamak. A la derecha, uno de los autores del trabajo de investigación y desarrollo de la antena, vistiendo un traje especial como los usados en la sala blanca de un centro de microelectrónica, a fin de mantener limpio el interior de la máquina. (Foto: T. Golfinopoulos)

Los reactores del tipo tokamak son capaces de albergar plasma extremadamente caliente (10 veces más caliente que el Sol) y mantenerlo en el estado deseado mientras se captan las enormes cantidades de energía producidas en el proceso de fusión. Por supuesto, todo depende de la estabilidad que se consiga al mantener el plasma ultracaliente dentro. Y esta es una tarea complicada.

La turbulencia en el borde de un tokamak determina en gran medida cuán permeable es el borde de la masa de plasma al calor y a las partículas. A su vez, la cantidad de calor y partículas que se escapan del borde de la masa de plasma determina el rendimiento de la máquina y condiciona su diseño. Si hay muy poco confinamiento, el plasma no se calienta lo suficiente como para alcanzar las temperaturas de fusión sin que haya que construir una máquina enorme y costosa. Si hay demasiado confinamiento, las impurezas (generalmente átomos de carbono o de metales de la pared) se acumulan en el interior del plasma de hidrógeno, haciendo que sea imposible mantener un estado estable. Una gran parte de la investigación en física de la fusión se dedica a lograr mejores formas de control, para lograr un equilibrio adecuado entre estos extremos.

La nueva antena logra inducir fluctuaciones en el plasma que son similares a las que ocurren de manera natural y que sirvieron de inspiración a los creadores de la antena. En algunas situaciones, las vibraciones estimuladas por la antena son el rasgo predominante en el segmento relevante del espectro de frecuencias. Todo esto se ha logrado usando sólo 2 kilovatios, una cantidad de energía insignificante si se la compara con la energía necesaria para calentar el plasma, y aún más insignificante en comparación con la energía que genera la reacción de fusión nuclear inducida.

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