Sabemos cómo funciona el sol. Otra cosa es imitarlo. Si logramos construir un reactor de fusión nuclear, tendríamos energía limpia, segura y prácticamente ilimitada. Pero hacerlo implica desafíos de ingeniería increíblemente complejos.
El problema de la pared. Uno de los desafíos más colosales en la fusión nuclear es construir un contenedor que respalde un plasma más caliente que el núcleo del sol. Durante años, los científicos han estado experimentando con varios materiales, desde grafito hasta metales de alta resistencia, como el tungsteno.
A investigación recienteEl resultado de una colaboración internacional de nueve instituciones, confirma que tenemos un candidato estrella que funciona espectacularmente bien para el muro de los reactores: el litio.
Un escudo auto -refrasinal. Para entender por qué el litio es tan atractivo, primero debes visualizar el infierno que se desata dentro de un tokamak, el diseño del reactor de fusión más común. Un gas de hidrógeno, principalmente sus isótopos de deuterio y tritio, se calienta a más de 100 millones de grados Celsius hasta que se convierte en un plasma. Los campos magnéticos lo limitan potentemente para que no toque nada, pero es imposible evitar que algunas partículas escapen e impacten violentamente contra las paredes interiores del reactor.
Aquí es donde brilla el litio porque se puede usar en un estado líquido. En lugar de erosionar y degradarse con cada impacto, fluye y se cura al instante. Esta capa líquida autoreferencial protegería los componentes sólidos detrás. Además, si las paredes del reactor están lo suficientemente calientes, el litio puede formar un escudo de vapor que absorbe gran parte del impacto antes de alcanzar la superficie sólida.
¿Adiós al grafito? La investigación muestra que el litio no es solo un escudo pasivo, sino un acondicionador de plasma activo. En lugar de reflejar las partículas de combustible que escapan, enfriando el borde del plasma y desestabilizándolo, el litio las absorbe. Esto ayuda a mantener el calor donde tiene que estar y, por lo tanto, para estabilizar la reacción de fusión y mejorar el confinamiento del plasma.
Según los investigadores, el litio es un candidato prometedor para reemplazar el grafito, que tiene una tasa de erosión mucho mayor. Aplicado en las paredes de tungsteno, permite operar la fusión a mayores densidades de potencia, abriendo la puerta a reactores más compactos y eficientes.
Dos formas de aplicarlo. Los investigadores probaron, por un lado, para cubrir las paredes de litio antes de encender el plasma y, por el otro, para inyectar polvo de litio directamente en el plasma durante la operación del reactor. La inyección fue mucho más efectiva al crear un perfil de temperatura uniforme y estable, una de las condiciones sagradas para la fusión comercial.
Todas las pruebas se llevaron a cabo en el Tokamak Diii-D de General Atomics con financiamiento del Departamento de Energía de los Estados Unidos. Los autores del estudio, publicado en la revista Nuclear Materials and Energy, son investigadores de la Laboratorio de Física de Plasma de Princeton y sus colaboradores.
Malas noticias. Además de ejercer aún más presión sobre el mercado de litio ya tensador (aunque no escala, no se extrae al ritmo que su demanda crece), hay un problema más alarmante. El litio es demasiado Bien en el trabajo. Atrapa el tritio con una eficiencia muy alta, evitando que regrese al plasma para ser utilizado como combustible.
Si el tritio está pegado a las paredes, el reactor termina quedando sin combustible y el ciclo se rompe. La acumulación de tritio radiactivo en áreas frías y difícil acceder al reactor también complica en gran medida su mantenimiento y es un riesgo de seguridad. Para colmo, la retención es más significativa si el litio se inyecta con el reactor en funcionamiento, el método de aplicación más eficiente.
Una posible solución. La clave es que estos experimentos se llevaron a cabo con litio en estado sólido, a temperaturas por debajo de su punto de fusión. En un reactor real, con litio líquido, La solución podría ser un sistema de «diálisis»: En lugar de bañar las paredes por un río de litio y dejarlo allí, se extraería continuamente del reactor, llevado a una planta de procesamiento para separar el tritio atrapado y bombeado hacia atrás, limpio y listo para continuar trabajando.
El diseño del reactor tendría que adaptarse a esta nueva propuesta. Sería necesario evitar las áreas frías donde el litio y el tritio podrían acumularse y mantenerse estancados, mantener las paredes a temperaturas más altas y más controladas e incluir el circuito para extraer, procesos e introducir continuamente litio. Un material que resuelve múltiples problemas en nuestra misión de simular el sol, pero a cambio presenta nuevo y también complejo.
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