Domesticando el infierno del Sol: controlando el calor del plasma de fusión a 100 millones de grados.

Investigadores de la Universidad de Kyoto han desarrollado un modelo para predecir y controlar las temperaturas de rotación de las moléculas de hidrógeno en reactores de fusión. Este descubrimiento ayuda en la refrigeración del plasma y en la optimización del rendimiento de los dispositivos de fusión, ofreciendo ideas para futuros avances en la generación de energía de fusión.

Un equipo internacional de investigadores ha descubierto un método para predecir y controlar las temperaturas de rotación de las moléculas de hidrógeno en reactores de fusión.

Los humanos nunca podrán controlar el Sol, pero el plasma de hidrógeno, que constituye la mayor parte del interior del Sol, puede ser confinado en un campo magnético como parte de la generación de energía de fusión: con una advertencia.

Los plasmas de temperatura extremadamente alta, típicamente de hasta 100 millones de grados Celsius, confinados en los tokamaks, reactores de fusión en forma de dona, causan daños en las paredes de contención de estos mega dispositivos. Los investigadores inyectan hidrógeno y gases inertes cerca de la pared del dispositivo para enfriar el plasma mediante radiación y recombinación, que es lo contrario de la ionización. La mitigación de la carga térmica es fundamental para prolongar la vida útil de los futuros dispositivos de fusión.

Comprender y predecir el proceso de las temperaturas vibratorias y de rotación de las moléculas de hidrógeno cerca de las paredes podría mejorar la recombinación, pero las estrategias efectivas han sido esquivas.

Las temperaturas de rotación de las moléculas de hidrógeno desorbidas de la superficie de cara al plasma se midieron en tres diferentes tokamaks; también se evaluaron los aumentos de temperatura debido a los procesos colisionales-radiativos en los plasmas. Crédito: KyotoU Global Comms/Taiichi Shikama

Un equipo internacional de investigadores liderado por la Universidad de Kyoto ha encontrado recientemente una forma de explicar las temperaturas de rotación medidas en tres diferentes dispositivos experimentales de fusión en Japón y Estados Unidos. Su modelo evalúa las interacciones en la superficie y las colisiones electrón-protón de las moléculas de hidrógeno.

"En nuestro modelo, nos enfocamos en la evaluación de las temperaturas de rotación en los niveles de baja energía, lo que nos permitió explicar las mediciones de varios dispositivos experimentales", agrega el autor correspondiente Nao Yoneda de la Escuela de Graduados de Ingeniería de KyotoU.

Al permitir la predicción y el control de la temperatura de rotación cerca de la superficie de la pared, el equipo logró disipar el flujo de calor del plasma y optimizar las condiciones operativas de los dispositivos.

"Todavía necesitamos entender los mecanismos de las excitaciones de hidrógeno rotacionales-vibratorias", reflexiona Yoneda, "pero nos complació que la versatilidad de nuestro modelo también nos permitiera reproducir las temperaturas de rotación medidas reportadas en la literatura".