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En un artículo recién publicado en la revista Physical Review Letters, un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT, en colaboración con el Laboratorio de Física de Plasmas de Princeton, presentan nuevas claves sobre cómo la presencia de impurezas en el combustible de fusión puede contribuir al aumento o disminución de la turbulencia, lo cual influye en el confinamiento de la energía del plasma y el rendimiento de futuros reactores. 

El combustible de los futuros reactores de fusión consiste en isótopos de hidrógeno calentados a temperaturas del orden de cien millones de grados centígrados. A tales temperaturas la materia se encuentra en estado de plasma, el cual puede confinarse mediante intensos campos magnéticos con geometría toroidal. Sin embargo, las partículas y la energía del plasma escapan de la región confinada debido, en buena parte, a procesos turbulentos que tienen lugar en él, y que representan un factor limitante para alcanzar y mantener las condiciones de operación necesarias de los futuros reactores.

Por otro lado, a pesar de que idealmente el plasma esté compuesto solo por isótopos de hidrógeno, es difícil evitar que contenga impurezas. Estas impurezas son átomos ionizados de otros elementos, como carbono, hierro, wolframio, etc. que por la interacción entre el plasma y los materiales de la pared del reactor son liberados y penetran en él. Tradicionalmente, la presencia de impurezas en las regiones interiores del plasma se ha intentado evitar en la medida de lo posible.

En un artículo recién publicado en la prestigiosa revista Physical Review Letters, titulado "Reduction or Enhancement of Stellarator Turbulence by Impurities" y liderado por el investigador del Laboratorio Nacional de Fusión José Manuel García Regaña, convergen los dos aspectos mencionados: la microturbulencia del plasma y el papel que las impurezas tienen en la misma. El estudio, abordado desde la simulación numérica, demuestra el papel ambivalente de las impurezas. Según la relación entre ciertos parámetros de los iones del combustible y de las impurezas, estas últimas pueden contribuir tanto al aumento de la turbulencia como a su disminución. Para este segundo escenario, el estudio demuestra la existencia de una concentración de impurezas óptima que lleva a minimizar las pérdidas de calor. Este valor óptimo se encuentra, independientemente del dispositivo de confinamiento, para los tres casos estudiados en el artículo: los stellarators Wendelstein 7-X (Alemania) y LHD (Japón), así como el tokamak y futuro reactor experimental ITER. Los descubrimientos reportados abren una vía fundamental para comprender y optimizar la operación de futuros reactores, subrayando su enorme relevancia en el avance hacia energía de fusión comercial.