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El diseño de queso suizo podría ayudar a los científicos a aprovechar el poder del sol

El diseño de queso suizo podría ayudar a los científicos a aprovechar el poder del sol
El físico de PPPL Andrei Khodak junto a los diagramas que muestran su concepto de una pared porosa de una instalación de fusión. Crédito: Collage de Elle Starkman / Oficina de Comunicaciones de PPPL

Los grandes agujeros en el queso suizo ayudan a que sea un sabroso manjar. Ahora, los científicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE.UU. (DOE) están agregando pequeños orificios tipo queso suizo a los componentes para mejorar el proceso de llevar a la Tierra la energía de fusión que alimenta el sol y las estrellas.


por la Universidad de Princeton


Nuevas simulaciones por computadora muestran que colocar los orificios (cubiertas porosas con forma de esponja que tapan los depósitos de litio líquido) alrededor de las paredes internas de las instalaciones de fusión de tokamak en forma de rosquilla puede absorber el exceso de calor dañino dentro de las instalaciones. Luego, el calor se puede trasladar a los generadores para ayudar a producir electricidad.

La fusión combina elementos ligeros en forma de plasma, el estado caliente y cargado de la materia compuesta de electrones y núcleos atómicos, y genera enormes cantidades de energía. Los científicos buscan replicar las reacciones de fusión en la Tierra para obtener un suministro de energía virtualmente inagotable para generar electricidad.

«Este es un sistema que podría permitir la recolección de calor del plasma», dijo el analista de ingeniería senior de PPPL, Andrei Khodak, autor principal de un artículo que informa los resultados en Materiales y energía nucleares. «Puede eliminar la energía utilizando el metal líquido , que actúa como una esponja de calor. Luego, puede entregar el calor a un generador u otro dispositivo de conversión de energía que lo convierte en electricidad».

Este novedoso diseño es simple y efectivo, dijo Khodak. «No necesita partes móviles. Solo tiene que entregar una corriente eléctrica a través de un canal debajo de los orificios». La corriente produce un campo magnético que mueve el litio a través de los orificios hacia la superficie, dijo.

El concepto novedoso implica diseñar tokamaks de una manera nueva. «Los colegas en Europa habían creado un material poroso impreso en 3D que tenía grandes espacios de depósito debajo de la superficie», dijo Rajesh Maingi, Jefe de Física de Límites de PPPL y Jefe Adjunto del Departamento de Ciencias de NSTX-U. «La innovación de Andrei fue darse cuenta de que se pueden usar esos grandes espacios no solo como depósitos, sino también como un canal de refrigerante cuando se alinean en la dirección correcta. A Andrei se le ocurrió la idea de usar litio líquido como refrigerante y como material que rezuma hasta la superficie, por lo que un material desempeña dos funciones «.

El diseño del concepto de muro poroso se basó en simulaciones por computadora. «Puede llamarlo ‘ingeniería virtual'», dijo Khodak. «De hecho, hacemos mucho de este trabajo de simulación en el departamento de ingeniería de PPPL. Dado que los dispositivos de fusión son costosos y complicados, no se pueden probar muchos prototipos y luego decidirse por una versión final. Básicamente, solo construimos uno o dos dispositivos. la única forma de probarlos es virtualmente «.

Khodak y Maingi ahora están explorando si la impresión 3D puede crear la pared porosa de manera más fácil y precisa. «Hay un programa en la división Fusion Energy Sciences del Departamento de Energía que se dedica a los conceptos de metales líquidos», dijo Khodak. «Una vez que terminemos de optimizar, el siguiente paso será construir un prototipo y hacer algunas pruebas».



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