Los investigadores han descubierto que inyectar gránulos de hielo de hidrógeno en lugar de soplar gas hidrógeno mejora el rendimiento de la fusión en la Instalación Nacional de Fusión DIII-D, que General Atomics opera para el Departamento de Energía de EE. UU. DOE. Los estudios realizados por físicos con base en Princeton del DOEEl Laboratorio de Física de Plasma PPPL y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge ORNL compararon los dos métodos, anticipando el abastecimiento de combustible que se utilizará en ITER, el experimento internacional de fusión en construcción en Francia.
Mejora la temperatura
Los investigadores mostraron que los gránulos helados de hidrógeno mejoran la temperatura del plasma de fusión en comparación con el método de alimentación de gas que ahora se usa típicamente en instalaciones de fusión en forma de rosca llamadas tokamaks. Las temperaturas más altas son beneficiosas para las reacciones de fusión. Los resultados en DIII-D son alentadores para ITER, que planea usar la inyección de pellets para alimentar su núcleo interno caliente.
Fusion, el poder que impulsa el sol y las estrellas, combina elementos de luz en forma de plasma, el estado de la materia que consiste en núcleos atómicos cargados positivamente y electrones cargados negativamente, para crear cantidades masivas de energía. Los científicos buscanreplicar la fusión en la Tierra para un suministro de energía seguro, limpio y prácticamente inagotable para generar electricidad.
Un desafío para producir energía de fusión es cómo llevar combustible frío de hidrógeno al núcleo de plasma caliente. El sol tiene todo el hidrógeno que necesita durante miles de millones de años, pero los reactores de fusión en la Tierra deben suministrar constantemente hidrógeno al plasma para sostener elreacciones de fusión. La inhalación de gas a temperatura ambiente es la forma más común de inyectar hidrógeno en los experimentos actuales.
más grande y más caliente
Sin embargo, a medida que los reactores de fusión se hacen más grandes y más calientes, será más difícil que el gas penetre en el núcleo del reactor donde tienen lugar las reacciones de fusión. Por lo tanto, se deben desarrollar nuevos métodos para alimentar el núcleo de fusión sin degradar el rendimiento del plasma.
El esfuerzo conjunto de investigación sobre DIII-D comparó los dos métodos de abastecimiento de combustible en plasmas de alto rendimiento planeados para ITER. Los experimentos revelaron una presión de plasma significativamente mayor, una clave para las reacciones de fusión, usando hielo de hidrógeno en comparación con la inyección de gas cuandola tasa de abastecimiento de combustible coincide aproximadamente entre los dos métodos.
"La carga de combustible juega un papel importante en el rendimiento de plasma de borde", dijo Andrew "Oak" Nelson, un estudiante graduado en el Programa de Física de Plasma de la Universidad de Princeton y primer autor del artículo de Nuclear Fusion que describe estos resultados. Nelson es partede un equipo multiinstitucional que diseñó y ejecutó cuidadosamente los experimentos.
Científicos en ORNL
La tecnología para inyectar los gránulos de hielo fue desarrollada por científicos de ORNL. La interpretación de los resultados experimentales requiere instrumentos científicos sofisticados desarrollados por múltiples instituciones colaboradoras en DIII-D. "Es genial ver cómo nuestro esfuerzo multiinstitucional se unió para abordaresta importante pregunta de combustible para ITER y futuros reactores ", dijo Morgan Shafer, científico investigador principal de ORNL y coautor del artículo.
La investigación también demuestra cómo los estudiantes graduados pueden hacer contribuciones importantes a la energía de fusión al trabajar en estas grandes instalaciones nacionales de investigación. "Para un estudiante graduado desempeñar un papel importante en este estudio experimental sobre DIII-D es impresionante", dijo Egemen Kolemen, un PPPL y físico de la Universidad de Princeton que fue asesor del proyecto. "El éxito de Oak muestra cómo los grandes experimentos de fusión brindan importantes oportunidades de liderazgo para los estudiantes y los primeros científicos de carrera".
La Oficina de Ciencia del DOE apoyó esta investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Princeton Plasma Physics Laboratory . Original escrito por John Greenwald. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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