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W7-X

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Primer ejemplo de un nuevo tipo de reactor estelar

Stellarator W7-X.jpg

W7-X, (Wendelstein 7-X), es el primer ejemplo de un nuevo tipo de reactor estelar diseñado con el uso de un supercomputador, que podría cambiar el curso del área de la energía de fusión.

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Durante muchos años los científicos han soñado con una fuente de energía limpia, inagotable en forma de la fusión nuclear. Este sueño pronto puede hacerse realidad gracias a los esfuerzos del Instituto Max Planck[1] de Física del Plasma que el año pasado construyó la máquina de fusión nuclear más grande del mundo, el reactor estelar W7-X.[2]

Después de más de un año de pruebas, los ingenieros del Instituto están listos para arrancar la máquina que cuesta 1.100 millones de dólares, lo que puede suceder antes de finales de este mes, según la citada publicación.

El Wendelstein 7-X

En comparación, el tokamak, un aparato que genera grandes cantidades de energía obteniendo la fusión de partículas de plasma, tiene un uso más amplio que el reactor estelar. Hay más de 3 docenas de tokamaks[3] operativos en todo el mundo, y más de 200 fueron construidos a lo largo de la historia. Son más fáciles de montar y han demostrado que pueden realizar el trabajo de un reactor nuclear mejor que el reactor estelar.

El rasgo distintivo del W7-X es que es más seguro y eficaz en contener plasma durante largos períodos, lo que podría ayudar a los científicos a proporcionar una fuente inagotable de energía. Aunque el diseño de tokamak es ideal para contener plasma, presenta algunos riesgos de seguridad, por ejemplo, si la corriente falla o hay una interrupción magnética. Estas alteraciones pueden desencadenar fuerzas magnéticas suficientemente poderosas para dañar el reactor. Los científicos del Instituto Max Planck afirman que el W7-X es una opción más práctica que puede superar los problemas de seguridad de tokamak.

Si W7-X iguala o supera el rendimiento de un tokamak de tamaño similar, los investigadores tendrían que reevaluar el curso futuro del área de la energía de fusión.[4]

Sumario

Tokamaks y Stellarators

En un Tokamak, se colocan una serie de bobinas alrededor de la cámara en forma de toroide, como se ilustra más abajo. El núcleo del transformador pasa por el centro del Tokamak, mientras que la corriente de plasma forma un circuito secundario. El campo perpendicular, llamado poloidal, se induce tanto interna, impulsado por la corriente en el plasma, como externamente, por bobinas de campo poloidales que se colocan alrededor del perímetro de la cámara.

Esta corriente también calienta el plasma a la alta temperatura requerida, de alrededor de 10 millones de K. La idea tokamak surgió de los físicos rusos Andrey Sajarov e Igor Tamm. El principal inconveniente de los tokamaks es el rango relativamente estrecho de los parámetros operativos. El mayor tokamak construido hasta ahora es el Joint European Torus (JET).

En un stellarator, las condiciones de plasma están reguladas por las corrientes que circulan fuera de éste. En este caso, las líneas de campo helicoidal son producidas por una serie de bobinas que son así mismo helicoidales.

El mayor stellarator, el Gran Dispositivo Helicoidal (LHD), comenzó a funcionar en 1998 en el Instituto Nacional de Investigación en Fusión de Japón. Debido a que en los stellarators no se induce corriente en el plasma, el calentamiento debe lograrse por otros medios, por ejemplo mediante el suministro de radiación electromagnética al plasma. Dicha técnica se está planificando en Greifswald, Alemania. Estos dispositivos son similares a Tokamaks con respecto a los campos toroidales y poloidales. Sin embargo, las corrientes son mucho más fuertes, y también la dirección del campo toroidal dentro del plasma se invierte en el borde de éste. Este tipo de sistema se emplea, entre otros lugares, en Padua, Italia.

Confinamiento magnético

Las investigaciones del Laboratorio Nacional de Fusión se centran principalmente en el confinamiento magnético, que es una de las técnicas principales en las que puede basarse un futuro reactor de fusión. El confinamiento magnético se obtiene generando un campo magnético toroidal (en forma de donut) muy intenso mediante bobinas de campo externas que llevan una corriente fuerte.

En este campo magnético, se inyecta gas de Hidrógeno o Deuterio, que se calienta mediante radiación de microondas. Pronto la temperatura del gas se eleva lo suficiente para que se ionice, es decir, para que los núcleos atómicos pierden sus electrones asociados.

El gas ionizado resultante se denomina plasma. Las partículas ionizadas estarán fuertemente afectadas por el campo magnético y tenderán a seguir las líneas de campo. Ya que las líneas de campo están diseñadas para doblar sobre sí mismos dentro de la vasija en forma de donut, las partículas no pueden escapar y son confinadas. Se puede aplicar calentamiento adicional en forma de haces de partículas neutras, para aumentar la densidad y temperatura todavía más.

Existen varios diseños alternativos para la estructura del campo magnético. El tipo más popular se llama tokamak, y en esta configuración una parte del campo magnético confinante está generado por corriente eléctricas que fluyen en el plasma mismo. El tokamak más grande del mundo actualmente operativo es el JET (en Inglaterra), y también el proyecto internacional ITER se basa en este diseño. Otro diseño popular es el stellarator, que es una configuración en el que la mayor parte del campo magnético confinante puede ser generado por las bobinas de campo externos, así proporcionando un mayor control sobre el plasma. El proyecto TJ-II pertenece a esta categoría, así como el proyecto grande de W7-X, ahora en fase de construcción en Alemania.[5]

Fuentes y Enlaces de interés

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