Un innovador modelo de colisiones de ángulo grande ha permitido a un equipo de investigadores de la Universidad Jiao Tong de Shanghái y la Academia China de Ciencias alcanzar nuevos horizontes en la fusión nuclear. En un avance sin precedentes, los científicos han logrado acelerar el proceso de ignición y duplicar la deposición energética en el plasma.

Este emocionante desarrollo, publicado en la prestigiosa revista Science Direct, desafía las teorías establecidas basadas en la distribución de Maxwell. Gracias a este nuevo enfoque, se mejora la ignición en solo 10 picosegundos y se observa que la densidad de partículas alfa se eleva un asombroso 24% en el núcleo del plasma caliente, superando así las limitaciones que habían frenado investigaciones anteriores.

Pero eso no es todo. Este descubrimiento se produce justo en un momento crítico, tras los recientes avances en el desarrollo de nuevos stellarators, dispositivos que buscan optimizar el confinamiento del plasma y mejorar la eficiencia de la fusión nuclear. Las investigaciones han abordado y resuelto discrepancias fundamentales en los datos del espectro de neutrones, un enigma que había intrigado a la comunidad científica durante años.

Para realizar este estudio, el equipo utilizó un innovador código de simulación híbrido denominado LAPINS, que permitió el análisis profundo del proceso de fusión por confinamiento inercial (ICF). Este método pionero investiga cómo colisionan las partículas cuando una mezcla de deuterio y tritio se somete a condiciones similares a las que ocurren en las estrellas.

Los resultados obtenidos son especialmente alentadores en el contexto de los avances realizados en instalaciones de fusión nuclear en Estados Unidos, donde se han implementado reactores innovadores. El plasma alcanza un estado de combustión cuando la energía depositada por las partículas alfa supera el umbral necesario para mantener la implosión, lo que resulta en un considerable aumento de las densidades energéticas.

Las simulaciones han revelado la presencia de iones de deuterio supratérmicos con energías inferiores a 34 keV, un descubrimiento significativo que indica que su deposición energética puede duplicar a la de las partículas alfa. Este hallazgo pone en entredicho modelos antiguos sobre el comportamiento de las partículas en entornos de fusión.

El modelo nuevo se centra en la dinámica de colisiones de ángulo amplio, un enfoque que abandona las metodologías tradicionales. Las simulaciones indican que estas colisiones permiten a los iones intercambiar grandes cantidades de energía en un solo evento, generando iones supratérmicos que desafían el comportamiento maxwelliano.

En contraste, las colisiones de ángulo pequeño llevan a pérdidas continuas de energía a través de múltiples eventos, resultando en una distribución de iones en equilibrio. Esta distinción es fundamental para explicar anomalías observadas en experimentos previos y proporciona una base más sólida para diseñar futuros reactores de fusión.

El potencial de esta tecnología es asombroso. La fusión nuclear promete una fuente de energía prácticamente ilimitada, sin emisiones contaminantes, replicando en la Tierra los mismos procesos que alimentan al Sol. Con cada avance en la comprensión del plasma y su comportamiento, nos acercamos un paso más hacia la realización de este objetivo revolucionario que podría cambiar el paradigma energético del planeta.