Físicos de EE. UU. y Japón han observado por primera vez la fusión nuclear entre protones y átomos de boro-11 en un plasma confinado magnéticamente. Dicen que el resultado demuestra el potencial de la fusión protón-boro como fuente abundante y económica de energía. Pero otros advierten que la base científica para una fuente de energía de este tipo sigue sin demostrarse en gran medida y que existen enormes obstáculos técnicos en el camino de las centrales eléctricas comerciales.
Todas las formas de fusión tienen la promesa de una energía de base limpia, casi ilimitada, sin los problemas de una posible fusión y los residuos de larga duración que plagan la fisión. Pero protón-boro (p11B) la fusión trae un par de virtudes adicionales en comparación con las reacciones más convencionales que involucran a los isótopos de hidrógeno, deuterio y tritio.
El boro se puede extraer fácilmente, mientras que el tritio es raro en la Tierra y difícil de producir artificialmente. Las reacciones protón-boro también producen tres átomos de helio (partículas alfa), cuya energía, en principio, podría convertirse directamente en electricidad, sin generar neutrones y, por lo tanto, reduciendo sustancialmente la contaminación radiactiva de los componentes del reactor.
Sin embargo, esos puntos positivos tienen un precio. La propia fusión deuterio-tritio requiere temperaturas enormes para superar la repulsión mutua de los núcleos, alrededor de 100 millones de kelvin. Pero las reacciones protón-boro necesitan condiciones mucho más extremas aún: unos 1.5 millones de kelvin.
Como los autores de las últimas investigaciones explicar en un artículo publicado en Nature Communications, cuanto más alta es la temperatura del plasma, más energía se suele irradiar en forma de radiación de sincrotrón y bremsstrahlung. Esto, señalan, hace que sea más difícil generar más energía a través de las reacciones de fusión de la que se necesita para alimentar un reactor, un problema importante cuando es probable que una planta comercial necesite una ganancia de energía de al menos 50 para superar las ineficiencias en la generación de energía. proceso.
El nuevo trabajo fue realizado por Richard Magee y colegas de la compañía de fusión de California. Tecnologías TAE junto con científicos del Instituto Nacional de Ciencias de la Fusión en Toki, Japón. Los investigadores realizaron sus experimentos en el dispositivo helicoidal grande (LHD) del instituto, un estelarizador con el combustible de fusión necesario ya instalado: los protones se disparan como haces neutros de alta energía mientras se inyecta polvo de boro en el plasma para ayudar a reducir las impurezas.
TAE proporcionó el detector, que se basaba en un semiconductor de silicio parcialmente empobrecido que generaba una corriente cuando era golpeado por partículas alfa. Se fabricó para evitar el registro erróneo de señales de rayos X y otras radiaciones de plasma al estar alejado del plasma del núcleo y hacer que las partículas alfa cargadas fueran dirigidas hacia él por el gran campo magnético del LHD.
Los investigadores realizaron varias docenas de disparos experimentales en febrero del año pasado. Observaron las reacciones de fusión comparando la señal en su detector antes y después de encender los haces neutros y realizando algunos disparos sin polvo de boro. Solo cuando tenían rayos neutros y polvo de boro consiguieron un salto en la producción, cuyo valor exacto les indicó que estaban produciendo alrededor de 1012 reacciones de fusión por segundo, que coincidieron con simulaciones por computadora.
Desafíos futuros
Esta no es la primera demostración de la fusión protón-boro: los científicos la han observado previamente utilizando aceleradores de partículas y potentes láseres. Pero la colaboración entre Estados Unidos y Japón argumenta que es importante estudiar la reacción donde finalmente sería explotada, dentro de un plasma termonuclear confinado magnéticamente. Los investigadores reconocen que queda mucho por hacer, pero confían en que TAE logrará ganar energía en uno de sus dispositivos.
De hecho, TAE afirma estar bien encaminado hacia la energía de fusión comercial. La compañía ha construido una serie de reactores cada vez más sofisticados para explorar la fusión de configuración de campo invertido, que consiste en disparar pulsos de plasma en una cámara y mantenerlos en su lugar magnéticamente haciéndolos girar. Ninguno de los dispositivos hasta la fecha ha demostrado la fusión de protones y boro, su reactor "Norman" actual que utiliza un plasma de hidrógeno, pero la empresa dice que tiene la intención de enviar electricidad a la red desde una planta piloto de energía de protones y boro a principios de la década de 2030.
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Pedro Norreys, un físico de plasma de la Universidad de Oxford en el Reino Unido, dice que los investigadores han hecho "un buen trabajo" en sus experimentos. Pero argumenta que la fusión protón-boro todavía está lejos de rivalizar con las reacciones de deuterio-tritio. Una complicación potencial, dice, es la necesidad de descripciones relativistas de la dinámica del plasma a temperaturas tan altas. También cree que es probable que la radiación de bremsstrahlung pueda afectar el confinamiento del plasma al erosionar las superficies internas de un reactor.
Los científicos del consorcio EUROfusion en Garching, Alemania, también están protegidos. Tony Donné, Hartmut Zohm y Volker Naulin contaron Mundo de la física que la velocidad de reacción observada en los últimos experimentos es aproximadamente diez órdenes de magnitud demasiado pequeña para ser útil para la energía de fusión (teniendo en cuenta la baja densidad de potencia del protón-boro).
Tienen “fuertes dudas” de que alguna vez será posible lograr las ganancias necesarias para la generación de energía comercial, y advierten que la radiación de bremsstrahlung de hecho podría ser tan fuerte que supere la energía necesaria para calentar y controlar el plasma, lo que hace que el plasma colapsar.
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- Fuente: https://physicsworld.com/a/proton-boron-fusion-passes-scientific-milestone/
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