El interior de un reactor de fusión es un lugar de violencia y caos. Un nuevo recubrimiento rociado en frío absorbe el calor y al mismo tiempo atrapa algunas de las rebeldes partículas de hidrógeno, lo que podría generar cámaras de plasma mejores y más pequeñas. Si bien la energía de fusión aún se encuentra en la etapa experimental, el lanzamiento este mes en Japón del reactor de fusión tokamak más grande y avanzado del mundo muestra que la tecnología está pasando de la teoría a la realidad.

En una reacción de fusión, el gas hidrógeno ionizado, llamado plasma, se somete a una presión y un calor equivalentes a la presión y el calor en el centro del sol. Esto provocaría que los núcleos atómicos se derritieran y liberaran enormes cantidades de energía limpia.

Crear cámaras que contengan el plasma necesario para la fusión nuclear ha sido un desafío debido a los niveles extremadamente altos de calor y presión necesarios. Otro problema del proceso es que a veces los átomos de hidrógeno se neutralizan y escapan del plasma, debilitando la energía del plasma.

"Estas partículas neutras de hidrógeno provocan pérdidas de energía en el plasma, lo que hace que sea muy difícil mantener un plasma caliente y tener un pequeño reactor de fusión eficiente", dijo Mykola Ialovega, becaria postdoctoral en ingeniería nuclear e ingeniería física en la UW-Madison. Ialovega lidera la investigación sobre un recubrimiento que ha demostrado la capacidad de pasar cables dentro de las cavidades del reactor de fusión y capturar este hidrógeno rebelde.

El revestimiento está hecho de tantalio metálico y puede soportar temperaturas extremadamente altas. El tantalio se pulveriza en frío sobre acero inoxidable y funciona excepcionalmente bien en condiciones similares a las de la fusión nuclear.

Durante el proceso de pulverización en frío, se pulverizan partículas de tantalio sobre el acero inoxidable y se aplanan como si fueran tortitas. Los investigadores descubrieron que incluso cuando se comprimen de esta manera, todavía hay un pequeño límite entre cada partícula, que es un canal ideal para atrapar partículas de hidrógeno inestables. Cuando el acero pulverizado se expone a temperaturas más altas, las partículas de hidrógeno atrapadas se liberan, renovando esencialmente el material para que pueda reutilizarse.

El equipo elogió el recubrimiento no sólo por su capacidad para capturar y liberar hidrógeno repetidamente mientras soporta altas temperaturas y presiones, sino también por su facilidad de uso.

"Otro gran beneficio del método de pulverización en frío es que nos permite reparar las piezas del reactor aplicando nuevos recubrimientos en el sitio. Actualmente, las piezas dañadas del reactor a menudo necesitan ser desmanteladas y reemplazadas por otras completamente nuevas, lo cual es costoso y requiere mucho tiempo", dijo Ialovega.

El equipo planea utilizar el recubrimiento en el espejo axial simétrico HTS de Wisconsin (WHAM), un dispositivo experimental que podría usarse potencialmente en una planta de energía de fusión de próxima generación planificada por RealtaFusion, una empresa derivada de UW-Madison.

Oliver Schmitz dijo: "Crear un compuesto de metal refractario con buenas propiedades de manejo de hidrógeno, resistencia a la corrosión y elasticidad general del material es un gran avance para el diseño de dispositivos de plasma y sistemas de energía de fusión. Cambiar la aleación y agregar otros metales refractarios para mejorar el material compuesto es particularmente interesante para las aplicaciones nucleares".

Schmitz, profesor de ingeniería nuclear y física de ingeniería en UW-Madison, es coautor de un artículo que describe los hallazgos, que se publicó en la revista PhysicaScripta.