Avance en protección térmica para reactores de fusión nuclear

El tremendo calor generado por el plasma de fusión nuclear, dentro de un reactor lo bastante potente como para resultar viable comercialmente, puede que no sea ineludiblemente dañino para las paredes interiores de la cámara de contención, a diferencia de lo que se ha venido creyendo hasta ahora, a juzgar por las conclusiones de un nuevo estudio.

Este estudio lo ha realizado un equipo encabezado por Choongseok Chang, del Laboratorio de Física del Plasma, dependiente de la Universidad de Princeton en Estados Unidos y del Departamento de Energía del Gobierno Estadounidense. También han colaborado el Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Estados Unidos y el consorcio internacional ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).

Para lograr la fusión nuclear, las temperaturas en el interior de la cavidad de forma toroidal que alberga el plasma en un reactor de fusión nuclear de tipo tokamak deben rebasar los 150 millones de grados centígrados. Eso es 10 veces más caliente que el centro del Sol. La contención de algo tan caliente es todo un reto, a pesar de que el plasma se mantiene en gran medida alejado de las superficies interiores mediante campos magnéticos. Estos campos mantienen la mayor parte del plasma confinado en una región central conocida como núcleo, formando un anillo en forma de rosquilla. Sin embargo, algunas partículas y calor escapan del plasma confinado y golpean el material que se encuentra frente al plasma.

Investigaciones anteriores basadas en datos físicos y experimentales de reactores tokamak actuales sugerían que el calor de escape se concentraría en una banda muy estrecha a lo largo de una parte de la pared de lo que se conoce como desviador de calor. El desviador, que como su nombre sugiere, tiene la función de evitar concentraciones de calor y de partículas del plasma en las superficies, es fundamental para el correcto funcionamiento de un reactor de tipo tokamak.

El problema no ha impedido que se sigan haciendo encendidos de los reactores de tipo tokamak existentes ya que estos, por su carácter experimental, no son tan potentes como los que se necesitarán para un reactor de fusión nuclear a escala comercial. Sin embargo, durante las últimas décadas ha existido una gran preocupación por la posibilidad de que un reactor a escala comercial genere plasmas tan densos y calientes que algunas de las placas del desviador de calor puedan resultar dañadas con relativa facilidad.

Los resultados del nuevo estudio sugieren que las partículas que escapan de la nube de plasma en el interior de un tokamak colisionan con un área del tokamak mayor de lo que se pensaba, lo que reduce en gran medida el riesgo de daños por concentración en un punto.

Habrá que realizar investigaciones adicionales para confirmar esto más allá de toda duda, pero, por ahora, todo apunta a que se ha superado el que muchos han venido considerando el principal obstáculo para las centrales comerciales de fusión nuclear.

El reactor experimental ITER, de tipo tokamak, tendrá un dispositivo para desviar el calor en un anillo alrededor del fondo de la cámara de reacción. En la imagen, ese dispositivo aparece resaltado en amarillo. El nuevo estudio sugiere que el riesgo de que alguna de las placas del dispositivo sufra daños por concentración de plasma en un punto es mucho menor de lo creído hasta ahora. (Imagen: ITER Organization. CC BY)

"Este descubrimiento cambia de manera fundamental nuestra forma de pensar sobre el modo en que el calor y las partículas viajan entre dos regiones de importancia crítica en el borde de un plasma durante la fusión", enfatiza Chang.

El estudio se titula “Role of turbulent separatrix tangle in the improvement of the integrated pedestal and heat exhaust issue for stationary-operation tokamak fusion reactors”. Y se ha publicado en la revista académica Nuclear Fusion. (Fuente: NCYT de Amazings)