El deuterio es un elemento quÃmico singular que se diferencia del protio, la forma más común del hidrógeno en el universo, debido a la presencia de un neutrón en su núcleo. Mientras que el protio solo tiene un protón y un electrón, el núcleo del deuterio está compuesto por un protón y un neutrón. No obstante, lo que realmente nos lleva a hablar de él es su papel crucial en el combustible utilizado por los reactores de fusión nuclear experimentales.
Para generar energÃa, estas avanzadas máquinas, especialmente aquellas que emplean el confinamiento magnético como ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), un proyecto internacional liderado por Europa en Cadarache, Francia, o el reactor japonés JT-60SA, confinan un gas extremadamente caliente dentro de una cámara de vacÃo. Este plasma es notable por poder alcanzar más de 150 millones de grados Celsius y por contener núcleos de deuterio y tritio que participan en la reacción de fusión nuclear.
El tritio, otro isótopo del hidrógeno, se diferencia por tener dos neutrones en su núcleo y, a diferencia de sus hermanos, es inestable y radiactivo. Aunque parecerÃa que el deuterio es seguro, la realidad es que no lo es completamente. Sus núcleos pueden interactuar con los metales de la cámara del reactor, en especial con los escudos térmicos de tungsteno, comprometiendo su integridad. Curiosamente, esta interacción entre el deuterio y el tungsteno es notable.
Cómo el Boro Puede Romper la Relación entre el Tungsteno y el Deuterio
Investigadores de ITER han observado algo intrigante: el tungsteno que absorbe núcleos de deuterio lentos, aquellos con poca energÃa, puede posteriormente absorber incluso más deuterio en movimiento rápido. Tomi Vuoriheimo, fÃsico de materiales de EUROfusion, trabaja para entender este fenómeno y determinar su impacto en la vida útil de los escudos de tungsteno.
El tungsteno que ha absorbido núcleos de deuterio lentos tiene la capacidad a posteriori de absorber más núcleos de deuterio de movimiento rápido
A pesar de los desafÃos, los investigadores tienen un aliado en la boronización. El boro, capaz de comportarse como conductor o aislante, puede utilizarse para cubrir las superficies expuestas al plasma dentro del reactor, reduciendo impurezas y mejorando la eficacia de la reacción. Este proceso se conoce como ‘boronización’.
En el ámbito de la fusión nuclear, el boro es crucial. Sus propiedades permiten su uso para reducir impurezas en los elementos de la cámara de vacÃo expuestos al plasma, mejorando el rendimiento del reactor. La capa de boro aplicada en el reactor es esencial para este propósito.
Tomi Vuoriheimo y otros investigadores tienen la hipótesis de que el boro podrÃa ser clave para limitar la absorción de deuterio por parte del tungsteno expuesto al plasma. Próximamente, Vuoriheimo se desplazará a RumanÃa para emplear técnicas computacionales que ayuden a modelar y predecir la penetración del deuterio, lo que podrÃa solucionar uno de los muchos retos de la fusión nuclear como fuente de energÃa futura.
Imagen | Fusion For Energy
Más información | EUROfusion
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