Obtener energía mediante la fusión nuclear representa la mejor opción entre las diferentes posibilidades que se barajan para el futuro: exenta de emisiones, inagotable y, eventualmente, más económica. Si los científicos logran dominar los procesos que la gobiernan, no habrá razón para depender de combustibles fósiles ni para contribuir a la contaminación atmosférica. En un escenario hipotético, la eléctrica sería la única forma de energía en todos los sectores, incluido el de los vehículos.
La fusión nuclear es el proceso que se produce en el Sol y en otras estrellas para generar energía. El plasma, considerado el cuarto estado de la materia, está estrechamente relacionado con la fusión nuclear controlada, en la que se busca crearlo y mantenerlo a altas temperaturas para que los núcleos de átomos puedan colisionar y fusionarse, liberando una gran cantidad de energía en el proceso.
La temperatura y los reactores de fusión Tokamak
Un grupo de investigadores del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) ha buscado la manera eficiente de aprovechar la energía de la fusión como una alternativa más limpia a los combustibles fósiles. Emplean dispositivos conocidos como Tokamaks para contener el plasma mediante campos magnéticos.
Durante la fusión nuclear, los átomos ligeros, como los isotopos de hidrógeno, se combinan para formar átomos más pesados, liberando energía en el proceso. Para que esto ocurra, es necesario alcanzar temperaturas extremadamente altas, del orden de millones de grados celsius, para ionizar el gas y convertirlo en un estado de plasma.
En los reactores de fusión, como el Tokamak, se utiliza un campo magnético para contener y confinar el plasma a esas altas temperaturas y densidades el tiempo suficiente para que ocurran las reacciones de fusión nuclear de manera controlada.
Dennis Boyle, físico e investigador del PPPL, explica en un comunicado que el propósito de estos dispositivos es mantener confinada la energía. Indica que, en caso de lograr un confinamiento energético significativamente mejor, sería posible construir máquinas compactas y baratas. Esta mejora podría hacer que la tecnología sea más práctica y rentable, incentivando así a gobiernos e industrias a invertir más en este área.
El litio líquido tiene mucho que decir en la fusión nuclear
Los descubrimientos más recientes han sido presentados durante una reunión de la División de Física del Plasma de la American Physical Society. Forman parte de los resultados obtenidos en el Experimento Beta Tokamak de Litio (LTX-beta) del laboratorio. Los hallazgos de la investigación también se han publicado en la revista Nuclear Materials and Energy.
La adición de una capa de litio líquido en el interior de la pared del Tokamak mantiene caliente el borde del plasma. La preservación de este borde térmico resulta crucial para el diseño de una planta de energía de fusión. Experimentos previos con LTX-beta exploraron recubrimientos sólidos de litio, revelando mejoras en el plasma. Los investigadores trabajan para obtener resultados similares con litio líquido, dada la idoneidad para su aplicación en un Tokamak a gran escala.
El uso de litio líquido podría disminuir la necesidad de realizar reparaciones al funcionar como una barrera protectora para las paredes internas del dispositivo, expuestas a las altas temperaturas generadas por el plasma.
El litio líquido absorbió aproximadamente el 40% de los iones de hidrógeno que se escapaban del plasma, resultando en una menor recirculación de estas partículas de vuelta al plasma en forma de gas neutro relativamente frío. Los científicos describen este fenómeno como un entorno de bajo reciclaje, ya que gran parte de los iones de hidrógeno expulsados del plasma no vuelven a incorporarse de manera que enfríe el borde del plasma.
En última instancia, la presencia de un entorno de bajo reciclaje implicó que la temperatura en el borde del plasma se aproximara más a la temperatura en el centro. Esta uniformidad posibilita que el plasma confine el calor de manera más eficiente de lo que probablemente habría logrado sin la presencia de litio líquido, evitando diversas inestabilidades.
La presencia de litio líquido también posibilitó un incremento en la densidad del plasma al inyectar un haz de partículas neutras de alta energía para calentarlo y alimentarlo. En contraste, con el litio sólido sólo se observó un ligero aumento en la densidad. Durante la utilización del haz neutro, los iones de hidrógeno adicionales expulsaron los iones de hidrógeno previamente presentes en el plasma, llevando a cabo un proceso conocido como intercambio de carga.
Los científicos sugieren que la variación crucial se originó debido a una cantidad mínima de litio que se evaporó de las paredes líquidas del reactor y se introdujo en el plasma. La presencia de esta impureza de litio alteró la dinámica del intercambio de carga, posibilitando que retuviera los iones de hidrógeno añadidos por el haz neutro sin expulsar otros iones de hidrógeno. Este fenómeno resultó en un aumento general de la densidad del plasma.
