lunes, 29 de noviembre de 2010

Reactores de fusión nuclear estarían más cerca



Aún con todos los desarrollos llevados a cabo en las áreas de energía alternativa como la solar o la eólica, la fusión nuclear sigue siendo el santo grial de la generación de electricidad a gran escala. Sin embargo, depués de décadas de investigación a nivel mundial que ha costado miles de millones de dólares, la meta de producir una reacción de fusión controlada que genere más energía de la que produce sigue mostrandose elusiva para los científicos.

No obstante, investigadores de los Laboratorios Sandia en Estados Unidos, acaban de anunciar un avance que en menos de tres años podría llevar al desarrollo de un reator nuclear que pudiera sostener reacciones de fusión  exactamente en su punto de equilibrio (el punto en que la energía producida es igual a la energía producida por la reacción).
Investigaciones para conseguir la producción de energía eléctrica a partir de una reacción de fusión controlada se llevan a cabo en todo el mundo y utilizan enfoques distintos. Para conseguir que dos núcleos atómicos ligeros se junten lo suficiente para fusionarlos y producir un núcleo más pesado se necesita una gran cantidad de energía, por lo cual los científicos han utilizado diversos enfoques para lograr esto. Por ejemplo, un equipo investigador se ha concentrado en el uso de poderosos rayos láser mientras que otros (la mayoría) se focalizan en magnetos superconductores llamados tokamaks, en lo que se conoce como Fusión de Objetito Magnetizado (MTF).
Otro método para conseguir la fusión se conoce como Z-pinch, el cual consiste en un tipo de confinamiento de plasma que emplea una corriente eléctrica en el mismo plasma (el cual es basicamente una nube de iones) para generar un campo magnético que lo comprima. Este enfoque, el cual Sandia llama su caballo de batalla en la carrera por la fusión nuclear, comprime el plasma con tanta fuerza y rapidez que los isótopos de hidrógeno obtenidos del agua de mar y colocados en una capsula dentro del plasma deberían fusionarse.

Hasta ahora, un fenómeno conocido como inestabilidades magnéticas de Rayleigh-Taylor (MRT), el cual se manifiesta cada vez que se emplean fuerzas electromagnéticas para comprimir plasma, han probado ser un impedimento importante para el proceso. Este fenómeno rapidamente desestabiliza la forma cilíndria del plasma comprimido por el sistema hasta que este adquiere una forma completamente inútil para el proceso, la cual ocasiona una pérdida de la simetría perfecta de fuerzas que se necesita para conseguir la fusión.

Por eso, a pesar de que el método Z-pinch, el cual ocurre en menos de 100 nanosegundos, ha probado ser exitoso en la creación de la fusión (como evidencia de esto se ha detectado la producción de algunos neutrones), la inestabilidad MRT ha sido una de las razones principales por las cuales no se ha conseguido una reacción de fusión con la suficiente fuerza como para energía eléctrica de manera confiable.

Tradicionalmente, los científicos han empleado un sistema que emplea un serie de cables para crear un haz de rayos X comprimidos los cuales se utilizan para generar la nube de iones. Una vez creado el plasma, los mismos rayos X se usaban para comprimir el combustible de fusión. El problema era que los cables eran la fuente del problema del fenómeno MRT, ya que incluso pequeñas caídas en las corrientes transportadas a través del cable -imperfecciones de unicamente 10 nanómetros en amplitud - pueden crecer exponencialmente en amplitud hasta escalas de varios milímetros.

Debido a que no resulta posible reproducir de forma fiable tales imperfecciones con los cables para permitir un estudio de la inestabilidad, los científicos de Sandia sugirieron que las fuerzas magnéticas que comprimen el plasma podían ser usadas para fusionar el combustible de fusión por medio de la compresión de un revestimiento de aluminio sólido colocado alrededor del material de fusión calentado previamente con un láser.

Empleando el recubrimiento de aluminio, los científicos lograron crear inestabilidades en cualquier grado que desearon, lo que les permitió medir el crecimiento de las inestabilidades MRT. Estos nuevos datos pueden ser usados por los investigadores para crear simulaciones más exactas, las cuales serían empleados para ajustar y mejorar las condiciones de los futuros experimentos de fusión con el sistema Z-pinch, de manera tal que el efecto de la inestabilidad MRP podría ser combatido de manera más eficiente.

El equipo científico de Sandia cree que con estas mejoras en el sistema y en el control del MRT, en poco tiempo se podría conseguir una producción de 100 kilojoules de energía que igualen los 100 kilojoules que requiere el sistema para producir la fusión. De esta forma, se lograría lo que hasta ahora nadie ha hecho, una reacción de fusión controlada en la cual no se gaste más energía de la que se produce.






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