Lo que sucede en el interior de los reactores de fusión puede ser bastante caótico. Por razones obvias como las temperaturas extremas y las presiones, los investigadores no tienen la posibilidad de espiar directamente lo que está pasando allí dentro. Pero algunos físicos han logrado formas en que sí pueden saberlo, y los resultados parecen contradecir la teoría convencional de lo que la ciencia piensa que tendría que estar ocurriendo.
Durante los experimentos de fusión el reactor calienta el plasma que contiene a millones de grados, y si todo sale bien, eso generará calor y presión suficientes como para forzar a dos partículas livianas a fusionarse, lo que libera una cantidad enorme de energía. En ese proceso el plasma produce ondas fluctuantes o turbulencia.
En el Instituto Nacional de Ciencia de la Fusión (NIFS, en inglés) de Japón los investigadores lograron captar en detalle la turbulencia del plasma y revelaron dos inesperados roles que tiene este fenómeno en los experimentos de fusión. Es que la turbulencia actúa como conductor y mediador del calor, según un trabajo reciente en Communications Physics.
Atención a la turbulencia
Al igual que la turbulencia en un vuelo – disrupciones irregulares en el flujo de aire – que causa sacudones, la turbulencia del plasma transporta al calor y las partículas hacia afuera en patrones de picos. Sin controlarla, podría causar gran pérdida de energía en lugar de utilizarla para la reacción de fusión. Eso perjudica la eficiencia.
Por otra parte, las predicciones teóricas y los resultados empíricos sobre la turbulencia del plasma ya evidenciaban desacuerdo porque según la teoría el calor y la turbulencia deberían pasar gradualmente desde el centro del reactor hacia los bordes. Pero en los experimentos a veces se observaba que la propagación de la turbulencia era mucho más rápida, según explicaron los investigadores.
Un plasma con dos identidades
En su experimento los investigadores utilizaron el gran dispositivo experimental helicoidal del NIFS para investigar cómo respondían el calor y la turbulencia a los patrones de calentamiento cortos y prolongados. Luego tomaron mediciones de los cambios de temperatura, turbulencia y propagación del calor, entre otras más.
Para su sorpresa, hubo partes de la turbulencia que denominaron “mediadores” que conectaban rápidamente a diferentes regiones del plasma, en menos de 0,0001 segundos tras el calentamiento inicial, detallan en el trabajo.
Luego de la “mediación”, la turbulencia “conductora” transportaba el calor por el plasma, emparejando la distribución de la temperatura de toda la estructura. Así, con tiempos de calentamiento iniciales más cortos, los “mediadores” se potenciaban y propagaban el calor más rápidamente.
“Eso muestra que dentro del plasma la turbulencia tiene dos roles de «mediación » y»conducción «, al transferir un cambio parcial a la estructura general casi al instante”, explican los investigadores.
El equipo ahora investiga si este rol de mediación podría controlarse intencionalmente para crear reactores de plasma más lentos pero más eficientes. Con todo, esta reacción distante aunque instantánea podría también representar la física que hay tras otros fenómenos naturales con turbulencia, como los océanos, las condiciones atmosféricas y más.
