12/11/2012 - El CIEMAT describe estructuras de gran tamaño en el plasma claves para acercarnos a la fusión nuclear

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La fusión podría ser una fuente de energía de bajo impacto ambiental que no emite gases de efecto invernadero y cuyo combustible resultaría virtualmente inagotable. Para conseguir la fusión comercialmente rentable es imprescindible confinar el plasma en trampas magnéticas el suficiente tiempo a temperaturas de cientos de millones de grados.

El equipo del Stellarator TJ-II del CIEMAT trabaja intensamente en estos temas contribuyendo a vencer los obstáculos que aún quedan y a resolver los problemas físicos pendientes. 

Uno de los obstáculos para conseguir el objetivo de la fusión comercial es la turbulencia que se genera en el plasma y que tiende a degradar su confinamiento, haciendo que la energía se escape más deprisa. En el TJ-II se realizan investigaciones punteras sobre este tema, entre otros de gran importancia. 

La turbulencia muestra interesantes y sorprendentes efectos que el TJ-II ayuda a entender. En particular, la turbulencia, a pesar de ser de pequeña escala, genera por sí misma grandes estructuras capaces de introducir algo de orden en este sistema desordenado. 

Los llamados flujos zonales son unas estructuras de gran tamaño -tanto que pueden extenderse a todo el reactor- que tienen la importante propiedad de mejorar el confinamiento mediante la disminución de la turbulencia del plasma. Gracias a las características del TJ-II, su equipo ha realizado un amplio estudio de estas estructuras, tanto desde el punto de vista experimental como teórico, cuyos resultados se presentaron en la Conferencia de Fusión más importante del mundo, organizada por el OIEA, que se celebró en San Diego (California, EEUU) del 8 al 13 de octubre. Estas investigaciones se han podido realizar en el TJ-II gracias a los sistemas de medición especiales instalados en dicho dispositivo. Además, el TJ-II es una máquina con una estrategia de confinamiento magnético única, con unos plasmas de muy alta viscosidad, con una geometría muy compleja y con una fuerte interacción con la pared, lo que lo convierte en un banco de pruebas único para este tipo de experimentos.

Los flujos zonales son unas sorprendentes estructuras que nacen espontáneamente de la turbulencia. Ésta es de mucho menor tamaño que aquéllos y es en parte responsable de la degradación del confinamiento en los dispositivos de fusión. El interés de los flujos zonales, además de en sus extrañas características, radica en que son capaces de mejorar el confinamiento, contrarrestando el efecto de la turbulencia, haciendo así más rentables los futuros reactores de fusión.

Los flujos zonales observados en los plasmas son similares a los que se ven en el planeta Júpiter en forma de bandas horizontales y las investigaciones de unos y otros están relacionadas. Durante años han resultado muy elusivos y solo se han tenido evidencias indirectas de su existencia y de sus efectos. 

Aunque los flujos zonales se conocen desde hace tiempo, los investigadores del CIEMAT han aportado muchos datos novedosos de gran interés. Los hallazgos del Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT muestran la influencia de los flujos zonales en fenómenos claves para conseguir la fusión como las transiciones espontáneas a regímenes de confinamiento mejorado, donde con la misma potencia de calentamiento se consiguen plasmas mucho más densos y calientes. Asimismo, se han identificado las condiciones que deben darse para que aparezcan flujos zonales y pueda aprovecharse así su influencia positiva. Además se han estudiado características importantes de estas estructuras en el TJ-II, lo que permitirá evaluar las futuras teorías que se desarrollen para explicarlos. 

Estos resultados han sido discutidos y han resultado de gran impacto en la conferencia de San Diego.

CIEMAT

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