El físico ayuda a confirmar avances significativos en el rendimiento de las estrellas en energía de fusión.

Los estelaradores, dispositivos magnéticos retorcidos destinados a aprovechar la energía de fusión que alimenta al Sol y las estrellas en la Tierra, han jugado durante mucho tiempo un papel secundario frente a las instalaciones circulares en forma de torta conocidas como tokamaks. Los imanes estelares complejos y retorcidos han sido difíciles de diseñar y anteriormente permitían una mayor fuga de sobrecalentamiento de las reacciones de fusión.

Ahora, los científicos del Instituto Max Planck de Física del Plasma (IPP), que trabajan en colaboración con investigadores, incluido el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), han demostrado que el dispositivo Wendelstein 7-X (W7-X) en Greifswald, Alemania, es el dispositivo Star más grande y moderno del mundo, capaz de ser limitado el calor Las temperaturas son el doble de la temperatura del núcleo del sol.

llave indicadora

Una herramienta de diagnóstico llamada XICS, diseñada, construida y operada principalmente por el físico de PPPL Novimir Pablant en colaboración con el físico de IPP Andreas Langenberg, es un indicador clave de una fuerte caída en un tipo de pérdida de calor llamada «neoclásica». Transporte«Históricamente, esto ha sido mayor en las estrellas clásicas que en los tokamaks. El transporte perturbador provoca colisiones frecuentes que expulsan partículas calientes de sus órbitas cuando orbitan alrededor de las líneas de campo magnético que las confinan. El transporte contribuye a la deriva en las órbitas de las partículas».

Un informe reciente sobre los resultados del W7-X en naturaleza temperamental Magazine confirma el éxito de los esfuerzos de los diseñadores para dar forma a imanes de estrellas intrincadamente retorcidos para reducir la transmisión neoclásica. El primer autor del artículo fue el físico Craig Bidler del Departamento de Teoría de IPP. «Es realmente una noticia de fusión que este diseño fue un éxito», dijo Babplant, coautor junto con Langenberg del artículo. «Muestra claramente que se puede realizar este tipo de optimización».

David Gates, Jefe de Proyectos Avanzados de PPPL que supervisa el excelente trabajo del laboratorio, estaba muy emocionado. “Ha sido muy emocionante para nosotros, en PPPL y todas las demás instituciones estadounidenses colaboradoras, ser parte de esta experiencia verdaderamente emocionante”, dijo Gates. «El trabajo de Novi ha estado en el corazón de los esfuerzos de este increíble equipo experimental. Estoy muy agradecido con nuestros colegas alemanes por permitirnos participar».

energía libre de carbono

La fusión que los científicos buscan producir combina elementos ligeros en forma de plasma, el estado caliente y cargado de la materia formada por electrones libres y núcleos atómicos, o iones, que constituyen el 99 por ciento del universo visible, para generar grandes cantidades. de energía. Una producción de fusión controlada en la Tierra crearía un suministro prácticamente inagotable de una fuente de energía segura, limpia y libre de carbono para la generación de electricidad para la humanidad y contribuiría de manera importante a la transición de los combustibles fósiles.

Los Stellarators, creados por primera vez en la década de 1950 bajo la dirección del fundador de PPPL, Lyman Spitzer, pueden operar en un estado estable con poco o ningún riesgo de alteraciones del plasma que enfrentan los tokamaks. Sin embargo, su complejidad y su historial de confinamiento térmico relativamente pobre lo han obstaculizado. El principal objetivo del diseño optimizado del W7-X, que produjo su primer plasma en 2015, fue demostrar la idoneidad de un dispositivo excelente mejorado como la planta de fusión de energía definitiva.

Los resultados obtenidos por XICS muestran temperaturas de iones calientes que no hubieran sido posibles sin una fuerte caída en el transporte neoclásico. Estas mediciones también fueron realizadas por los diagnósticos CXRS generados y operados por IPP, que se pensó que eran un poco más precisos pero que no se podían realizar en todas las condiciones. Perfiles de temperatura final en naturaleza temperamental El informe se tomó de CXRS y se corroboró mediante mediciones con XICS en plasmas similares.

muy valioso

“Si no hubiera sido por XICS, es posible que no hubiéramos descubierto esto [good confinement] «Necesitábamos medir la temperatura de un ion fácilmente disponible y esto era muy valioso», dijo Robert Wolf, jefe de calefacción y operación en W7-X y coautor del artículo.

Los investigadores llevaron a cabo un experimento mental para investigar el papel que desempeñaba la mejora en los resultados del encarcelamiento. El experimento descubrió que en un transporte estelar grande y no optimizado, las temperaturas más altas registradas en W7-X para la energía de calefacción dada lo habrían hecho imposible. «Esto demostró que la forma optimizada del W7-X redujo la nueva transmisión clásica y fue esencial para el rendimiento visto en las pruebas del W7-X», dijo Papplant. «Fue una forma de mostrar lo importante que es la mejora».

Añadió que los resultados representan un paso para permitir que las estrellas basadas en el diseño W7-X conduzcan a un reactor de fusión viable. «Pero reducir la nueva transmisión clásica no es lo único que tiene que hacer. Hay una gran cantidad de otros objetivos que mostrar, incluido el funcionamiento constante y la reducción de la transmisión turbulenta». El transporte turbulento produce ondas y vórtices que atraviesan el plasma como segunda fuente importante de pérdida de calor.

El W7-X reabrirá en 2022 después de una actualización de tres años para instalar un sistema de refrigeración por agua que prolongará los experimentos de fusión y mejorará el transformador que agotará el calor de alto rendimiento. Las actualizaciones permitirán el siguiente paso en la investigación de los investigadores de W7-X sobre la viabilidad de estrellas mejoradas como planos de plantas de energía.