Imagen del interior del tokamak ASDEX Upgrade (Fuente: Twitter de ASDEX Upgrade)

La Sociedad Nuclear Española (SNE) ha concedido a Joaquín Galdón Quiroga el Premio a la Mejor Tesis Doctoral sobre Ciencia y Tecnología Nuclear. El trabajo premiado se titula 'Velocity-space resolved measurements of fast-ion losses due to magnetohydrodynamic instabilities in the ASDEX Upgrade tokamak' y ha sido desarrollado en la Universidad de Sevilla, en colaboración con el Centro Nacional de Aceleradores de Sevilla y el Instituto Max Planck para la Física del Plasma de Garching (Alemania).

El jurado del premio ha elegido el trabajo de Galdón entre las 13 tesis recibidas procedentes de nueve centros universitarios diferentes. El galardón consta de un premio en metálico de 2.000 euros, una placa y un diploma acreditativo que se entregará al finalizar la jornada 'Las Centrales Nucleares en 2018. Experiencias y Perspectivas'. Además, el trabajo ganador optará, representando a España, al premio a la mejor Tesis Doctoral convocado por la Sociedad Nuclear Europea (ENS).

El trabajo de investigación llevado a cabo en esta tesis se encuadra dentro del campo de la fusión nuclear y la física del plasma. La fusión nuclear es el proceso mediante el cual dos núcleos de elementos ligeros reaccionan dando lugar a un núcleo más pesado y liberando una gran cantidad de energía. Es la fuente de energía que alimenta a las estrellas y, en la actualidad, se presenta como una de las alternativas más prometedoras para dar solución a los problemas de demanda energética del planeta. Esto es así debido a la abundancia del fuel necesario y a que no se generan gases de efecto invernadero ni residuos radiactivos de larga duración, como sí ocurre con la fisión nuclear.

Para conseguir las condiciones necesarias para la fusión nuclear, es necesario calentar el combustible del reactor – en estado de plasma – hasta temperaturas similares a las de las estrellas. Esto es posible hoy en día en reactores experimentales – tokamaks – que confinan el plasma mediante la aplicación de campos magnéticos muy intensos.

Existen varios mecanismos para calentar el plasma a esas altas temperaturas. Varios de ellos implican la generación de poblaciones de iones muy energéticos – o iones rápidos – que depositan su energía en el plasma, incrementando así su temperatura. Es por lo tanto de vital importancia el buen confinamiento de los iones rápidos, en particular los generados como productos de las reacciones de fusión, tanto para asegurar un calentamiento eficiente del plasma como para evitar potenciales daños a las paredes del reactor.

En esta tesis se ha llevado a cabo el estudio de pérdidas de iones rápidos provocadas por inestabilidades magnetohidrodinámicas en el tokamak ASDEX Upgrade, del Instituto Max Planck para la Física del Plasma de Garching (Alemania),  mediante el uso de detectores de pérdidas de iones rápidos (FILD, por sus siglas en inglés).

A través del estudio de las pérdidas de iones rápidos, en particular de la dinámica del espacio de velocidades, se puede extraer información acerca de la interacción entre las partículas energéticas y las inestabilidades magnetohidrodinámicas que se dan en los plasmas de fusión. De esta forma, podemos comprender mejor cuáles son los mecanismos que dan lugar al transporte y la eventual pérdida de iones rápidos, para así desarrollar técnicas de control que nos permitan evitarlas.

Conclusiones del estudio

Las principales contribuciones de este trabajo han sido las siguientes: en primer lugar, el desarrollo de un modelo para la respuesta de los detectores FILDs, incluyendo el novedoso uso de técnicas de reconstrucción tomográfica, que permite mejorar la interpretación de las medidas realizadas con estos detectores. Utilizando dicho modelo se ha llevado a cabo el estudio de pérdidas de iones rápidos debidas a dos inestabilidades magnetohidrodinámicas distintas: las conocidas como islas magnéticas, y los modos localizados en el borde (o ELMs por sus siglas en ingles).

La investigación llevada a cabo en este trabajo ha dado lugar a la publicación de 3 artículos en revistas especializadas, destacando un artículo publicado en la prestigiosa revista Physical Review Letters, y a 6 contribuciones presentadas en congresos internacionales.

Referencia bibliográfica: Velocity-space resolved measurements of fast-ion losses due to magnetohydrodynamic instabilities in the ASDEX Upgrade tokamak.   Tesis doctoral de Joaquín Galdón Quiroga dirigida por García Muñoz, Manuel y Viezzer, Eleonora. Universidad de Sevilla.