El estelarador más avanzado del mundo, Wendelstein 7-X (W7-X), ha alcanzado un hito histórico en la investigación de fusión nuclear.
Los científicos de Europa y los Estados Unidos han trabajado en colaboraciones y han establecido un nuevo récord mundial de métricas clave de rendimiento de fusión, conocidas como productos triples. Esta es una combinación de densidad de plasma, temperatura y tiempo de confinamiento.
Este logro muestra el valor más alto jamás mantenido para la descarga de plasma a largo plazo, y avanza significativamente las posibilidades de los estelaradores como futuras fuentes de energía de fusión.
Este avance refuerza el papel de Wendelstein 7-X como un candidato importante en la búsqueda global de energía limpia e infinita a través de la fusión.
¿Qué hace que el Wendelstein 7-X sea único
Con sede en Greifswald, Alemania, el Instituto Max Planck de Física de Plasma (IPP) se ejecuta con apoyo de Eurofusion, y el Wendelstein 7-X está diseñado para probar la tasa de supervivencia de los estelaradores para la producción práctica de energía.
A diferencia del diseño Tokamac más ampliamente estudiado, el estelarador se basa únicamente en campos magnéticos complejos para contener plasmas sobrecalentados, eliminando la necesidad de corrientes que atraviesan el plasma en sí.
La reciente campaña experimental, conocida como OP 2.3, concluyó con un rendimiento récord que destaca el potencial para que los estelaradores cumplan y superen los puntos de referencia críticos necesarios para futuras plantas de energía de fusión.
Fusion Performance Smash Record
El 22 de mayo, el último día de la campaña OP 2.3, el equipo de Wendelstein 7-X mantuvo el mejor producto triple del mundo durante 43 segundos.
Esto superó el mejor conjunto anterior por dispositivos tokamak conocidos como el Japón JT60U y el avión británico.
Estos tokamaks lograron valores máximos más altos que las ráfagas más cortas, pero la capacidad de Wendelstein 7-X para mantener un alto rendimiento con el tiempo indica un cambio importante en lo que es posible con la fusión de confinamiento magnético.
Este logro es particularmente importante para la generación de energía de fusión. En este caso, una descarga de plasma larga y estable es esencial para la producción de energía práctica y económica.
Promover el futuro con inyección avanzada de pellets
Este nuevo registro fue posible gracias a un sofisticado inyector de pellets de hidrógeno desarrollado por el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) en los Estados Unidos.
El dispositivo inyectó gránulos de hidrógeno congelados, cada uno de aproximadamente 1 milímetro de tamaño, en el plasma sobre un proceso de descarga de 43 segundos. Al mismo tiempo, el plasma se calentó utilizando un potente haz de microondas a través de un proceso conocido como calentamiento de resonancia de ciclotrón de electrones.
El ajuste preciso entre la inyección de pellet y el calentamiento permitió a los investigadores mantener un equilibrio ideal entre el suministro de combustible y la entrada de energía.
Por primera vez, el inyector de pellet funcionó utilizando una tasa variable preprogramada. Este es un método que se aplicará directamente a futuros diseños de reactores de fusión.
Esta innovación ha demostrado ser esencial para lograr el plasma sostenible y de alto rendimiento necesario para romper los registros.
Otros hitos importantes de OP 2.3
Más allá del récord de triple producto, la campaña vio dos avances adicionales. El Wendelstein 7-X aumentó su facturación total de energía a 1.8 Gigajours durante la ejecución de plasma de 360 segundos, superando sus registros anteriores de 1.3 Gigajour.
Este nivel de entrada de energía sostenida y eliminación de calor refleja estrechamente los requisitos de un reactor de fusión en funcionamiento.
En otra serie de experimentos, los investigadores lograron una presión de plasma y magnética del 3% sobre todo el volumen de plasma y plasma. Al reducir deliberadamente el campo magnético y aumentar la presión de plasma, registraron una temperatura iónica de aproximadamente 40 millones de grados centígrados.
Esta relación se acerca al rango de 4-5% requerido para la producción de energía de fusión a escala comercial, proporcionando otro fuerte indicador de supervivencia estelarator.
Esfuerzos globales para impulsar los avances
Los resultados en el Wendelstein 7-X fueron el resultado de una extensa cooperación internacional. European Labs proporcionó una base importante. El CIEMAT de España contribuyó al modelo de simulación, mientras que Hanlen Center de Hungría desplegó cámaras ultra rápidas para analizar el comportamiento de los gránulos.
El sistema de calefacción de microondas se desarrolló con experiencia en el Instituto de Tecnología Karlsruhe y de la Universidad de Stuttgart.
Mientras tanto, el diagnóstico de plasma se realizó utilizando el Laboratorio de Física de Plasma Princeton y las herramientas de IPP Greifswald para medir temperaturas superiores a 30 millones de grados centígrados.
Estas asociaciones combinan algunas de las tecnologías más avanzadas con las mentes científicas en la comunidad de fusión y demuestran el valor de la colaboración global en la resolución de uno de los mayores desafíos de la ciencia energética.
Un camino prometedor al poder de la fusión
Con estos últimos resultados, Wendelstein 7-X no solo demuestra predicciones teóricas, sino que también demuestra la capacidad del estelarador en condiciones experimentales reales.
A medida que Fusion Research se intensifica a nivel mundial, este steller ahora está conduciendo a un área crítica: operación de plasma de alto rendimiento a largo plazo.
Al empujar los límites de lo que es posible con Fusion Energy, el Wendelstein 7-X le acerca un paso más al objetivo de larga data del poder de fusión seguro, limpio y sostenible.
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