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Ciencia.-Nuevo software impulsa al estelarador para producir energía de fusión

Un avance notable se ha producido en el diseño conceptual de estelaradores retorcidos, instalaciones magnéticas experimentales que podrían reproducir la energía de fusión que alimenta al sol.

MADRID, 17 (EUROPA PRESS)

Un avance notable se ha producido en el diseño conceptual de estelaradores retorcidos, instalaciones magnéticas experimentales que podrían reproducir la energía de fusión que alimenta al sol.

El avance muestra cómo dar forma con mayor precisión a los campos magnéticos que encierran en los estelaradores para crear una capacidad sin precedentes para mantener unido el combustible de fusión.

«La clave fue desarrollar una pieza de software que permite probar rápidamente nuevos métodos de diseño», dijo en un comunicado Elizabeth Paul, becaria posdoctoral presidencial de la Universidad de Princeton en el Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE.UU. y coautora de un artículo que detalla el hallazgo en Physical Review Letters.

Los resultados producidos por Paul y el autor principal Matt Landreman de la Universidad de Maryland podrían aumentar la capacidad de los estelaradores para recolectar fusión para generar energía eléctrica segura y libre de carbono para la humanidad.

Los estelaradores, inventados por el astrofísico de Princeton y fundador de PPPL, Lyman Spitzer, en la década de 1950, han quedado relegados durante mucho tiempo por los tokamaks en el esfuerzo mundial por producir energía de fusión controlada.

Pero los desarrollos recientes que incluyen el rendimiento del estelarador Wendelstein 7-X (W7-X) en Alemania, los amplios resultados del Dispositivo helicoidal grande (LHD) en Japón, los resultados prometedores del Experimento helicoidalmente simétrico (HSX) en Madison, Wisconsin, y el uso propuesto de imanes permanentes simples para reemplazar las complejas bobinas de estelarador han creado un renacimiento del interés en las ‘máquinas retorcidas’.

La fusión crea una gran cantidad de energía en todo el universo mediante la combinación de elementos ligeros en forma de plasma, el estado cargado y caliente de la materia compuesto de electrones libres y núcleos atómicos, o iones, que constituye el 99 por ciento del universo visible. Los etelaradores podría producir versiones de laboratorio del proceso sin riesgo de las interrupciones dañinas que enfrentan las instalaciones de fusión tokamak más utilizadas.

Sin embargo, los campos magnéticos retorcidos en los estelaradores han sido menos efectivos para confinar los caminos de los iones y electrones que los campos simétricos en forma de rosquilla en los tokamaks, causando una pérdida grande y sostenida del calor extremo requerido para unir los iones para liberar energía de fusión. Además, las bobinas complejas que producen los campos del estelarador son difíciles de diseñar y construir.

El avance actual produce lo que se llama «cuasisimetría» en estellaradores para casi igualar la capacidad de confinamiento de los campos simétricos de un tokamak. Si bien los científicos han buscado durante mucho tiempo producir cuasisimetría en estelaradores retorcidos, la nueva investigación desarrolla un truco para crearlo de manera casi precisa. El truco utiliza un nuevo software de código abierto llamado SIMSOPT (Simons Optimization Suite) que está diseñado para optimizar los esteladores refinando lentamente la forma simulada del límite del plasma que marca los campos magnéticos. «La capacidad de automatizar las cosas y probarlas rápidamente con este nuevo software hace que estas configuraciones sean posibles», dijo Landreman.

Los científicos también podrían aplicar los hallazgos al estudio de problemas astrofísicos, dijo. En Alemania, un equipo está desarrollando un estelarador cuasisimétrico para confinar y estudiar partículas de antimateria como las que se encuentran en el espacio. «Es exactamente el mismo desafío que con la fusión», dijo Landreman. «Solo necesita asegurarse de que las partículas permanezcan confinadas».

El avance hizo algunas suposiciones simplificadoras que requerirán mejoras. Por simplicidad, por ejemplo, la investigación consideró un régimen en el que la presión y la corriente eléctrica en el plasma eran pequeñas. «Hemos hecho algunas suposiciones simplificadoras, pero la investigación es un paso importante porque hemos demostrado que en realidad se puede obtener una cuasisimetría precisa que durante mucho tiempo se pensó que no era posible», dijo Paul.

También necesitan un mayor desarrollo antes de que se puedan realizar los hallazgos son las nuevas bobinas de estelarador y la ingeniería detallada del diseño estelarador. El campo magnético podría ser proporcionado en parte por los imanes permanentes que PPPL está desarrollando para hacer más eficientes las actuales bobinas estelares torcidas. «Las piezas que más faltan son los imanes, la presión y la corriente», dijo Landreman.

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