Miembros del Centro Nacional de Aceleradores, en Sevilla, han cuantificado por primera vez las pérdidas de partículas energéticas o iones rápidos que se producen en un reactor tokamak de fusión nuclear, como el del experimento ITER que es construye en Francia. Estas perdidas puede disminuir la eficiencia y calidad del plasma del reactor e incluso dañarlo.
Los socios de proyecto internacional de fusión nuclear, ITER, son la Unión Europea, Japón, Estados Unidos, Corea del Sur, India, Rusia y China, de modo que en el año 2006, firmaron un acuerdo internacional para el lanzamiento de un reactor de fusión, modelo tokamak, que se construiría en Cadarache, en el sudeste de Francia.
Los reactores del tipo tokamak (acrónimo ruso de cámara toroidal con bobinas magnéticas) son los reactores para fusión nuclear más extendidos. De hecho, ITER, el reactor de fusión experimental definitivo que debe demostrar la viabilidad científica y tecnológica de la fusión nuclear, está basado en este modelo.
Un tokamak es un sistema con geometría toriodal, tal y como se observa en la imagen superior, que busca el confinamiento de un plasma, a través del uso de campos magnéticos. El uso de estos campos se debe a que las temperaturas necesarias para generar el plasma son del orden de cientos de millones de grados centígrados, y no existe ningún material en la Tierra capaz de soportar tales temperaturas.
Ahora un trabajo realizado por investigadores del Centro Nacional de Aceleradores (CNA) y centrado en el denominado ASDEX Upgrade tokamak, ha culminado en el un estudio pionero en la calibración absoluta de los detectores de pérdidas de iones rápidos basados en materiales centelleadores (FILD). Estos se encuentran instalados en la mayoría de los reactores experimentales de fusión nuclear de todo el mundo.
El estudio, publicado en la revsita Plasma Physics and Controlled Fusion, ha permitido observar directamente las pérdidas de partículas energéticas, conocidas como iones rápidos, inducidas por diferentes mecanismos, lo cual puede llevar a una disminución de la eficiencia de calentamiento y calidad del plasma del reactor e incluso dañar la integridad física de las paredes del dispositivo.
Superar la complejidad de la respuesta luminiscente
En particular, la cuantificación del número absoluto de iones que se escapan no se había obtenido nunca debido a la complejidad de la respuesta luminiscente de los materiales centelleadores en el entorno de irradiación y temperaturas en el que se encuentran trabajando el detector en el reactor.
Los resultados obtenidos son una prueba experimental fundamental para la validación y testeo de los distintos códigos de simulación de trayectorias y transporte de partículas (ASCOT, SPIRAL, etc), lo cual permitirá mejorar la capacidad para realizar predicciones en los futuros reactores como ITER y DEMO.
En esta investigación internacional han colaborado científicos del CNA (una infraestructura científicas y técnica singulares o ICTS), la Universidad de Sevilla y el Max-Planck-Institut für Plasmaphysik de Munich (Alemania).
Referencia bibliográfica:
M Rodriguez-Ramos, M. Garcia-Munoz, M.C. Jimenez-Ramos, J. Garcia Lopez, J. Galdon-Quiroga, L. Sanchis-Sanchez, J. Ayllon-Guerola, M. Faitsch, J. Gonzalez-Martin, A. Hermann, P. de Marne., J.F. Rivero-Rodriguez, B. Sieglin, A. Snicker, ASDEX Upgrade Team. "First absolute measurements of fast-ion losses in the ASDEX Upgrade tokamak". Plasma Physics and Controlled Fusion, 59, 105009 (8pp) (2017). https://doi.org/10.1088/1361-6587/aa7e5f
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