Sabemos cómo funciona el sol. Otra cosa es imitarlo. Si hubiéramos logrado construir un reactor de fusión nuclear, tendríamos energía limpia, segura y prácticamente ilimitada. Sin embargo, esto incluye desafíos técnicos increíblemente complejos.
El problema de la pared. Uno de los desafíos colosales en la fusión nuclear es construir un contenedor que respalde un plasma más popular que el núcleo del sol. Los científicos han estado experimentando varios materiales durante años, desde grafito hasta metales de alta resistencia como Wolfram.
A Investigación recienteEl resultado de la cooperación internacional entre nueve instituciones confirma que tenemos un candidato estrella que trabaja espectacularmente para el muro de los reactores: el litio.
Un signo auto -refasial. Para entender por qué el litio es tan atractivo, primero debes visualizar el infierno que se desata en un tokamak, el diseño del reactor de fusión más común. Un gas de hidrógeno, principalmente sus isótopos de deuterio y tritio, se calienta a más de 100 millones de grados Celsius hasta que se convierte en un plasma. Los campos magnéticos lo limitan mucho que no toque nada, pero es imposible evitar que algunas partículas escapen y se sorprendan violentamente contra las paredes internas del reactor.
El litio parece aquí porque se puede usar en un estado líquido. En lugar de erosionar y renovarse con cada impacto, fluye y cura de inmediato. Esta capa líquida autoreferencial protegería los componentes sólidos detrás de ella. Si las paredes del reactor están lo suficientemente calientes, el litio puede formar un signo de vapor que absorbe una gran parte del impacto antes de alcanzar la superficie sólida.
¿Adiós al grafito? Los estudios muestran que el litio no es solo un signo pasivo, sino también un acondicionador de plasma activo. En lugar de reflexionar sobre las partículas de combustible, escapar, enfriar el borde del plasma y desestabilizarlas, el litio las disminuye. Esto ayuda a mantener el calor donde debe estar y, por lo tanto, a estabilizar la reacción de fusión y mejorar la restricción del plasma.
Según los investigadores, el litio es un candidato prometedor para el reemplazo de grafito, que tiene una tasa de erosión mucho mayor. Utilizado en las paredes de tungsteno, permite la fusión en densidades de potencia más grandes y abre la puerta a reactores más compactos y eficientes.
Dos formas de usarlo. Por un lado, los investigadores probaron las paredes de litio antes de iluminar el plasma, y por otro lado para inyectar polvo de litio directamente en el plasma durante la operación del reactor. La inyección fue mucho más efectiva cuando se creó un perfil de temperatura uniforme y estable, una de las condiciones sagradas para la fusión comercial.
Todas las pruebas se llevaron a cabo en el Tokamak Diii-D de los Atomics generales con el financiamiento del Ministerio de los Estados Unidos. Los autores del estudio publicado en la revista Nuclear Materials and Energy son investigadores de la Trabajo de Princeton Plasma Physics y sus empleados.
Malas noticias. Además de ejercer aún más presión sobre el mercado de litio ya emocionante (aunque no es escaso, no se extrae del ritmo que su demanda está creciendo), hay un problema más alarmante. El litio es demasiado Bien en el trabajo. Coge el tritio con muy alta eficiencia y evite que regrese al plasma para usar como combustible.
Cuando el tritio se mantiene en las paredes, el reactor sale del combustible y el ciclo se rompe. La acumulación de tritio radiactivo en áreas frías y el acceso difícil al reactor también dificulta el mantenimiento y es un riesgo de seguridad. Para redondear todo, el almacenamiento es más significativo si el litio se inyecta el reactor en funcionamiento, el método de aplicación más eficiente.
Una posible solución. La clave es que estos experimentos se llevaron a cabo en estado sólido a temperaturas por debajo del punto de fusión con el litio. En un reactor real con litio líquido, La solución podría ser un sistema de «diálisis»: En lugar de nadar las paredes en un flujo de litio y dejarlo allí, lo extraería continuamente del reactor, llevado a un sistema de procesamiento para separar el tritio encerrado y re -empombado, limpio y listo para continuar trabajando.
El diseño reactivo tendría que adaptarse a esta nueva propuesta. Sería necesario evitar las áreas frías en las que el litio y el tritio pueden acumularse y estancarse, mantener las paredes a temperaturas más altas y controladas e incluir el circuito para extraer litio, introducir procesos y continuamente. Un material que resuelve varios problemas en nuestra misión de la simulación del sol, pero a cambio nuevo y también complejo.
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