MATEMÁTICAS, FÍSICA Y QUÍMICA: Física

Nuevo avance de stellarator frente a tokamak en la carrera por la fusión nuclear

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Para obtener energía limpia e inagotable mediante la fusión nuclear se están desarrollando dos tipos de reactores experimentales: los tokamats, como el ITER que se construye en Francia, y los stellarators, como el TJ-II que tiene en Madrid el CIEMAT y el mayor de todos: el Wendelstein 7-X que se ha fabricado en Alemania. Ahora se ha confirmado la correcta topología de los campos magnéticos que confinarán al plasma en el stellarator germano, un avance en el que participan investigadores españoles.

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SINC | | 03 abril 2017 09:00

<p>Visualización de líneas de campo en una superficie magnética dentro del stellarator Wendelstein 7-X.<em> / </em>The W7-X Team/<em>Nature Comm.</em></p>

Visualización de líneas de campo en una superficie magnética dentro del stellarator Wendelstein 7-X. / The W7-X Team/Nature Comm.

Desde finales de los años 50 se intenta obtener energía mediante fusión nuclear (unión de núcleos atómicos en otros más pesados, a diferencia de la fisión o división nuclear en la que se basan las centrales nucleares actuales) mediante confinamiento magnético del plasma usando principalmente dos configuraciones diferentes: tokamaks y stellarators.

Los reactores del tipo tokamak (acrónimo ruso de cámara toroidal con bobinas magnéticas) son los más extendidos. De hecho, ITER, el mayor experimento de fusión nuclear que está construyendo en Francia para demostrar la viabilidad científica y tecnológica de esta tecnología está basado en el modelo tokamak.

Se ha verificado la correcta topología de los campos magnéticos para confinar bien el plasma en el stellarator Wendelstein 7-X

Pero los reactores del tipo stellarator presentan, sin embargo, ciertas ventajas con respecto a los tokamaks por su estabilidad y control externo absoluto. En los stellarators, el campo magnético usado para el confinamiento del plasma es generado en su totalidad por bobinas externas con complicadas geometrías.

En los tokamaks, parte de ese campo magnético es generado por una corriente alterna que se induce en el plasma. Esta corriente neta en el plasma es, sin embargo, el origen de la mayoría de las inestabilidades que se generan en un tokamak y complican su operación.

En este contexto, el proyecto internacional Wendelstein 7-X se basa en un modelo avanzado de stellarator que maximiza la estabilidad macroscópica del plasma. Lo acabó de construir el Instituto Max Planck de Física del Plasma (IPP, Alemania) en 2015 en Greifswald, aunque no estará operativo hasta dentro de unos años. El grupo de Ciencia del Plasma y Tecnología de Fusión del Centro Nacional de Aceleradores (CNA, Sevilla) participa en el proyecto.

Sistemas similares al stellarator W7-X ya existen en España, concretamente el stellarator TJ-II del Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT, que tiene un radio de 1,5 metros y confina el plasma con un campo magnético de hasta 1,2 teslas, mientras que el diseño alemán tiene un radio es de 5,5 metros y confina el plasma con campos magnéticos de hasta 3 teslas. 

Con la ayuda de los últimos avances en fusión nuclear y el aumento de la capacidad computacional, científicos del CIEMAT y la Universidad Carlos III de Madrid también han colaborado en la presentación del complicado diseño del stellarator W-7X.

Confirmada la topología del stellarator W7-X

Ahora un nuevo estudio, desarrollado antes de la operación del reactor a máximo rendimiento y publicado en Nature Communications, "ha mostrado que las debilidades que se habían detectado previamente en el concepto stellarator han sido abordadas con éxito y que las ventajas intrínsecas del concepto persisten, también en parámetros próximos a los de una futura central de fusión”, según explica uno de los autores, Manuel García Muñoz, del CNA y el IPP. 

Los resultados fundamentales de la investigación se han centrado en la obtención de parámetros que verifican la correcta topología de los campos magnéticos para un perfecto funcionamiento del confinamiento, los cuales han permitido demostrar que la complicada y delicada topología magnética puede ser creada y verificada con  gran precisión.

Estos resultados han confirmado que los retos de ingeniería de construcción y montaje del dispositivo, en particular de sus bobinas, con la precisión requerida (desviaciones inferiores a una parte en 100.000), se cumplen con éxito. La lucha contra los tokamats continúa.

stellator

Esquema del stellarator Wendelstein 7-X. / The W 7-X Team/Nature Communications

Referencia bibliográfica:

T. Sunn Pedersen, M. Otte, S. Lazerson, P. Helander, S. Bozhenkov, C. Biedermann, T. Klinger, R.C. Wolf, H.-S. Bosch, The Wendelstein 7-X Team. "Confirmation of the topology of the Wendelstein 7-X magnetic field to better than 1:100,000". Nature Communications (1229-1238) (2016). Doi: 10.1038/ncomms13493

Zona geográfica: Andalucía
Fuente: Centro Nacional de Aceleradores

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