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Ciencia & Tec

Wendelstein 7-X: qué es y cuál es su relación con la fusión nuclear


El estelarador Wendelstein 7-X optimizado está destinado a demostrar que las plantas de fusión de tipo estelarizador son adecuadas para centrales eléctricas.

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El mayor dispositivo de fusión del mundo del tipo estelarador, el alemán Wendelstein 7-X, ha logrado el objetivo de reducir las perdidas de energía de plasma en su jaula de campo magnético.

Así lo acredita un análisis realizado por científicos de (IPP) Instituto Max Planck de Física del Plasma, que se publica en Nature.

El estelarador Wendelstein 7-X optimizado, que entró en funcionamiento hace cinco años, está destinado a demostrar que las plantas de fusión de tipo estelarizador son adecuadas para centrales eléctricas.

El campo magnético, que encierra el plasma caliente y lo mantiene alejado de las paredes del vaso, fue planeado con un gran esfuerzo teórico y computacional de tal manera que se evitan las desventajas de los estelaradores anteriores. Uno de los objetivos más importantes era reducir las pérdidas de energía del plasma, que son causadas por la ondulación del campo magnético. Esto es responsable de que las partículas de plasma se desplacen hacia afuera y se pierdan a pesar de estar unidas a las líneas del campo magnético.

A diferencia de los dispositivos de tipo tokamak competidores, para los que esta pérdida de energía y partículas denominada “neoclásica” no es un problema importante, es una debilidad grave en los estelaradores convencionales. Hace que las pérdidas aumenten tanto con el aumento de la temperatura del plasma que una planta de energía diseñada sobre esta base sería muy grande y, por lo tanto, muy costosa.

En los tokamaks, en cambio, gracias a su forma simétrica, las pérdidas debidas a la ondulación del campo magnético son solo pequeñas. Aquí, las pérdidas de energía están determinadas principalmente por pequeños movimientos de vórtice en el plasma, por turbulencia, que también se agrega como canal de pérdida en los estelaradores. Por lo tanto, para ponerse al día con las buenas propiedades de confinamiento de los tokamaks, reducir las pérdidas neoclásicas es una tarea importante para la optimización del estellarador. En consecuencia, el campo magnético de Wendelstein 7-X fue diseñado para minimizar esas pérdidas.

En un análisis detallado de los resultados experimentales de Wendelstein 7-X, los científicos dirigidos por el doctor Craig Beidler de la División de Teoría Stellarator de IPP han investigado ahora si esta optimización conduce al efecto deseado. Con los dispositivos de calentamiento disponibles hasta ahora, Wendelstein 7-X ya ha sido capaz de generar plasmas de alta temperatura y estableció el récord mundial de esterilizadores para el “producto de fusión” a alta temperatura. Este producto de temperatura, densidad del plasma y tiempo de confinamiento de energía indica qué tan cerca se llega a los valores para un plasma en combustión.

Este plasma récord se ha analizado ahora en detalle. A altas temperaturas del plasma y bajas pérdidas turbulentas, las pérdidas neoclásicas en el balance energético podrían detectarse bien aquí: representaron el 30 por ciento de la potencia calorífica, una parte considerable del balance energético.

El efecto de la optimización neoclásica de Wendelstein 7-X ahora se muestra mediante un experimento mental: se asumió que los mismos valores y perfiles de plasma que llevaron al resultado récord en Wendelstein 7-X también se lograron en plantas con un campo magnético menos optimizado. Luego se calcularon las pérdidas neoclásicas que se esperaban allí, con un resultado claro: serían mayores que la potencia calorífica de entrada, lo cual es una imposibilidad física.

“Esto muestra –dice el profesor Per Helander, jefe de la División de Teoría del Estelarador, “que los perfiles de plasma observados en Wendelstein 7-X solo son concebibles en campos magnéticos con bajas pérdidas neoclásicas. A la inversa, esto demuestra que la optimización del campo magnético de Wendelstein con éxito Bajó las pérdidas neoclásicas “.

Sin embargo, las descargas de plasma hasta ahora han sido breves. Para probar el rendimiento del concepto Wendelstein en funcionamiento continuo, actualmente se está instalando un revestimiento de pared refrigerado por agua. Equipados de esta manera, los investigadores irán trabajando gradualmente hasta plasmas de 30 minutos de duración. Entonces será posible comprobar si Wendelstein 7-X también puede cumplir sus objetivos de optimización en funcionamiento continuo, la principal ventaja de los estelaradores.

OBJETIVO DEL PROYECTO

El objetivo de la investigación de fusión es desarrollar una planta de energía respetuosa con el clima y al medio ambiente. Como el sol, produce energía de la fusión de núcleos atómicos. Debido a que el fuego de fusión necesita temperaturas que excedan los 100 millones de grados para encenderse, el combustible, a saber, un plasma de hidrógeno de baja densidad, no debe entrar en contacto con las paredes frías de los recipientes. Confinado por campos magnéticos, está suspendido dentro de una cámara de vacío casi sin contacto.

La caja magnética de Wendelstein 7-X está producida por un anillo de 50 bobinas magnéticas superconductoras de unos 3,5 metros de altura. Sus formas especiales son el resultado de elaborados cálculos de optimización. Aunque Wendelstein 7-X no producirá energía, espera demostrar que los estelaradores son adecuados para la aplicación en plantas de energía.

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