Los físicos rusos del Instituto Físico-Técnico A. F. Ioffe de San Petersburgo describieron los procesos iónicos de transferencia de calor en un tokamak esférico. Los resultados del estudio, que acerca a los científicos un paso más hacia la solución del problema de la fusión termonuclear, se publican en la revista Plasma Physics and Controlled Fusion.
Si los científicos logran realizar la idea de la fusión termonuclear controlada, la humanidad recibirá una fuente de energía casi inagotable. Las centrales eléctricas de fusión se reconocen como seguras y respetuosas con el medio ambiente: en comparación con las centrales nucleares, no sufren reacciones explosivas y, a diferencia de la combustión de hidrocarburos, no hay emisiones de dióxido de carbono y óxidos de nitrógeno que contribuyan al calentamiento global y contaminen el medio ambiente. Además, los neutrones obtenidos de la fusión termonuclear pueden destruir los desechos radiactivos en las centrales nucleares.
Los experimentos de fusión termonuclear se llevan a cabo en todo el mundo en instalaciones especiales, tokamaks, en cuyo interior se calienta un gas de elementos ligeros (hidrógeno, deuterio y tritio) a una temperatura de 100 millones de grados, lo que permite la formación de plasma, un gas de partículas cargadas: iones y electrones. Los iones de plasma calentados chocan entre sí de la misma forma que ocurre en el interior del Sol. En este caso, se forman núcleos de helio y se liberan neutrones, y la energía de neutrones, que excede el costo de calentar el plasma, se puede utilizar en la industria y la ingeniería energética.
La principal tarea de los físicos es aprender a mantener el plasma dentro de las instalaciones termonucleares utilizando un fuerte campo magnético durante un tiempo relativamente largo. Y para ello no solo es necesario saber qué procesos se están produciendo en este plasma, sino también tener su descripción matemática para poder controlarlos. Además, el conocimiento de los procesos iónicos en plasma es necesario para el diseño de grandes instalaciones como el reactor termonuclear experimental internacional ITER.
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El AF Ioffe Physicotechnical Institute tiene una instalación termonuclear experimental única: el tokamak esférico Globus-M, diseñado para estudiar el comportamiento del plasma en condiciones de laboratorio y no en modo reactor.
El personal del Instituto investigó y describió el proceso de intercambio de calor iónico en el plasma del tokamak Globus-M. Este trabajo fue apoyado por una subvención del Programa Presidencial de Proyectos de Investigación de la Russian Science Foundation (RSF).
“Hemos confirmado que las peculiaridades de los procesos físicos en el plasma del tokamak esférico Globus-M previenen la ocurrencia de pérdidas de calor adicionales a través del canal iónico debido a la turbulencia del plasma. Esto significa que una instalación de este tipo es una buena base para crear una fuente compacta de neutrones termonucleares”, dijo el jefe de la investigación, candidato de ciencias físicas y matemáticas Gleb Kurskiev, citado en un comunicado de prensa de la Russian Science Foundation.
Cuanto mejor sea el calentamiento del plasma, más eficiente será la fusión, y esto requiere un fuerte campo magnético y una corriente eléctrica que fluya a través del plasma. Por el contrario, la turbulencia de los iones de plasma interfiere con el calentamiento efectivo: en lugar de colisiones útiles, los iones se desvían y abandonan el plasma, lo que viola su aislamiento térmico. En su trabajo, los científicos han evaluado el grado de transferencia de calor en el tokamak esférico Globus-M.
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“El modelo probado experimentalmente para calcular los parámetros del calentamiento del plasma nos permitirá diseñar una fuente compacta de neutrones de alta energía que se puede utilizar para la fisión de núcleos pesados. También se puede obtener energía en el proceso. Nuestra investigación acelerará significativamente el desarrollo y la implementación de sistemas nucleares más eficientes utilizando procesos de fusión y fisión”, explica Gleb Kurskiyev.
La investigación de los científicos complementa el conocimiento fundamental obtenido a partir de experimentos en instalaciones similares europeas y americanas. Al combinar los resultados de los experimentos, en el futuro será posible diseñar un dispositivo más avanzado para reacciones de fusión nuclear, dicen los científicos.
