¿Y la fusión?
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Los informes de finales del año pasado sobre la construcción de un reactor de síntesis por parte de especialistas chinos sonaron sensacionalistas (1). Los medios estatales de China informaron que la instalación HL-2M, ubicada en un centro de investigación en Chengdu, estará operativa en 2020. El tono de los reportajes de los medios indicaba que el tema del acceso a la energía inagotable de la fusión termonuclear estaba resuelto para siempre.
Una mirada más cercana a los detalles ayuda a enfriar el optimismo.
Nowy aparato tipo tokamak, con un diseño más avanzado que los conocidos hasta ahora, debería generar plasma con temperaturas superiores a los 200 millones de grados centígrados. Así lo anunció en un comunicado de prensa el director del Instituto de Física del Suroeste de la Corporación Nuclear Nacional de China, Duan Xiuru. El dispositivo brindará soporte técnico a los chinos que trabajan en el proyecto. Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER)así como la construcción.
Entonces creo que todavía no es una revolución energética, aunque fue creada por los chinos. reactor KhL-2M hasta ahora poco se sabe. No sabemos cuál es la producción térmica prevista de este reactor o qué niveles de energía se necesitan para ejecutar una reacción de fusión nuclear en él. No sabemos lo más importante: ¿es el reactor de fusión chino un diseño con un balance de energía positivo, o es simplemente otro reactor de fusión experimental que permite una reacción de fusión, pero al mismo tiempo requiere más energía para el "encendido" que el energía que se puede obtener como resultado de las reacciones.
Esfuerzo internacional
China, junto con la Unión Europea, Estados Unidos, India, Japón, Corea del Sur y Rusia, son miembros del programa ITER. Este es el más caro de los actuales proyectos de investigación internacionales financiados por los países antes mencionados, con un costo de alrededor de US $ 20 mil millones. Fue inaugurado como resultado de la cooperación entre los gobiernos de Mikhail Gorbachev y Ronald Reagan durante la era de la Guerra Fría, y muchos años después fue incluido en un tratado firmado por todos estos países en 2006.
2. En el lugar de construcción del tokamak ITER
El proyecto ITER de Cadarache, en el sur de Francia (2), está desarrollando el tokamak más grande del mundo, es decir, una cámara de plasma que debe ser domesticada mediante un potente campo magnético generado por electroimanes. Este invento fue desarrollado por la Unión Soviética en los años 50 y 60. Gerente de proyecto, Lavan Coblenza, anunció que la organización debería recibir el "primer plasma" para diciembre de 2025. ITER debería apoyar una reacción termonuclear para aproximadamente 1 mil personas cada vez. segundos, ganando fuerza 500-1100 MW. A modo de comparación, el tokamak británico más grande hasta la fecha, CHORRO (toro común europeo), retiene una reacción durante varias decenas de segundos y gana fuerza hasta 16 MW. La energía de este reactor se liberará en forma de calor; no se supone que se convierta en electricidad. La entrega de energía de fusión a la red está fuera de discusión ya que el proyecto es solo para fines de investigación. Solo sobre la base del ITER se construirá la futura generación de reactores termonucleares, alcanzando la potencia 3-4 mil. megavatios.
La razón principal por la que aún no existen plantas de energía de fusión normales (a pesar de más de sesenta años de extensa y costosa investigación) es la dificultad de controlar y "gestionar" el comportamiento del plasma. Sin embargo, años de experimentación han producido muchos descubrimientos valiosos, y hoy la energía de fusión parece estar más cerca que nunca.
Agregue helio-3, revuelva y caliente
ITER es el foco principal de la investigación de fusión global, pero muchos centros de investigación, empresas y laboratorios militares también están trabajando en otros proyectos de fusión que se desvían del enfoque clásico.
Por ejemplo, realizado en los últimos años en del Instituto Tecnológico de Massachusetts experimentos con Helem-3 en el tokamak dio resultados emocionantes, incluyendo aumento de diez veces en la energía ion de plasma Los científicos que realizan experimentos con el tokamak C-Mod en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, junto con especialistas de Bélgica y el Reino Unido, han desarrollado un nuevo tipo de combustible termonuclear que contiene tres tipos de iones. Equipo Alcatel C-Mod (3) realizó un estudio en septiembre de 2016, pero los datos de estos experimentos se analizaron recientemente y revelaron un gran aumento en la energía del plasma. Los resultados fueron tan alentadores que los científicos que dirigen el laboratorio de fusión operativo más grande del mundo, JET en el Reino Unido, decidieron repetir los experimentos. Se logró el mismo aumento de energía. Los resultados del estudio se publican en la revista Nature Physics.
3. Tokamak Alcator C-Mod en funcionamiento
La clave para aumentar la eficiencia del combustible nuclear fue la adición de pequeñas cantidades de helio-3, un isótopo estable de helio, con un neutrón en lugar de dos. El combustible nuclear utilizado en el método Alcator C contenía anteriormente solo dos tipos de iones, deuterio e hidrógeno. El deuterio, un isótopo estable de hidrógeno con un neutrón en su núcleo (a diferencia del hidrógeno sin neutrones), constituye aproximadamente el 95 % del combustible. Los científicos del Centro de Investigación de Plasma y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (PSFC) utilizaron un proceso llamado Calentamiento por radiofrecuencia. Las antenas al lado del tokamak usan una frecuencia de radio específica para excitar las partículas, y las ondas están calibradas para "apuntar" a los iones de hidrógeno. Debido a que el hidrógeno constituye una pequeña fracción de la densidad total del combustible, concentrar solo una pequeña fracción de los iones en el calentamiento permite alcanzar niveles de energía extremos. Además, los iones de hidrógeno estimulados pasan a los iones de deuterio que prevalecen en la mezcla, y las partículas así formadas entran en la capa exterior del reactor, liberando calor.
La eficiencia de este proceso aumenta cuando se añaden iones de helio-3 a la mezcla en una cantidad inferior al 1%. Al concentrar todo el calentamiento por radio en una pequeña cantidad de helio-3, los científicos elevaron la energía de los iones a megaelectronvoltios (MeV).
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Ha habido muchos desarrollos en el mundo del trabajo de fusión controlada en los últimos años que han reavivado las esperanzas de los científicos y de todos nosotros para finalmente alcanzar el "Santo Grial" de la energía.
Las buenas señales incluyen, entre otros, los descubrimientos del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE). Las ondas de radio se han utilizado con gran éxito para reducir significativamente las llamadas perturbaciones del plasma, que pueden ser cruciales en el proceso de "disfrazar" las reacciones termonucleares. El mismo equipo de investigación en marzo de 2019 informó sobre un experimento de tokamak de litio en el que las paredes internas del reactor de prueba estaban recubiertas con litio, un material muy conocido de las baterías que se usan comúnmente en la electrónica. Los científicos notaron que el revestimiento de litio en las paredes del reactor absorbe las partículas de plasma dispersas, evitando que se reflejen de regreso a la nube de plasma e interfiriendo con las reacciones termonucleares.
4. Visualización del proyecto TAE Technologies
Los académicos de las principales instituciones científicas de renombre se han convertido incluso en optimistas cautelosos en sus pronunciamientos. Recientemente, también ha habido un gran aumento en el interés por las técnicas de fusión controlada en el sector privado. En 2018, Lockheed Martin anunció un plan para desarrollar un prototipo de reactor de fusión compacto (CFR) en la próxima década. Si la tecnología en la que está trabajando la empresa funciona, un dispositivo del tamaño de un camión podrá proporcionar suficiente electricidad para satisfacer las necesidades de un dispositivo de 100 pies cuadrados. habitantes de la ciudad.
Otras empresas y centros de investigación compiten para ver quién puede construir el primer reactor de fusión real, incluidos TAE Technologies y el Instituto Tecnológico de Massachusetts. Incluso Jeff Bezos de Amazon y Bill Gates de Microsoft se han involucrado recientemente en proyectos de fusión. NBC News contó recientemente diecisiete pequeñas empresas de fusión en los Estados Unidos. Startups como General Fusion o Commonwealth Fusion Systems se están enfocando en reactores más pequeños basados en superconductores innovadores.
El concepto de "fusión fría" y alternativas a los grandes reactores, no solo tokamaks, sino también los llamados. estelaristas, con un diseño ligeramente diferente, construido incluso en Alemania. La búsqueda de un enfoque diferente también continúa. Un ejemplo de esto es un dispositivo llamado pellizco en Z, construido por científicos de la Universidad de Washington y descrito en uno de los últimos números de la revista Physics World. El Z-pinch funciona atrapando y comprimiendo el plasma en un poderoso campo magnético. En el experimento, fue posible estabilizar el plasma durante 16 microsegundos y la reacción de fusión se prolongó durante aproximadamente un tercio de este tiempo. Se suponía que la demostración mostraría que la síntesis a pequeña escala es posible, aunque muchos científicos todavía tienen serias dudas al respecto.
A su vez, gracias al apoyo de Google y otros inversores en tecnología avanzada, la empresa californiana TAE Technologies utiliza un método diferente al típico para los experimentos de fusión, mezcla de combustible de boro, que se utilizaron para desarrollar reactores más pequeños y baratos, inicialmente con el propósito del llamado motor de cohete de fusión. Un prototipo de reactor de fusión cilíndrico (4) con contrahaces (CBFR), que calienta gas hidrógeno para formar dos anillos de plasma. Se combinan con paquetes de partículas inertes y se mantienen en tal estado, lo que debería aumentar la energía y la durabilidad del plasma.
Otra startup de fusión, General Fusion, de la provincia canadiense de Columbia Británica, cuenta con el apoyo del propio Jeff Bezos. En pocas palabras, su concepto es inyectar plasma caliente en una bola de metal líquido (una mezcla de litio y plomo) dentro de una bola de acero, después de lo cual el plasma se comprime mediante pistones, de forma similar a un motor diésel. La presión creada debería conducir a la fusión, que liberará una gran cantidad de energía para impulsar las turbinas de un nuevo tipo de central eléctrica. Mike Delage, director de tecnología de General Fusion, dice que la fusión nuclear comercial podría debutar en diez años.
5. Ilustración de una patente termonuclear de la Marina de los EE. UU.
Recientemente, la Marina de los EE. UU. también presentó una patente para un "dispositivo de fusión de plasma". La patente habla de campos magnéticos para crear "vibración acelerada" (5). La idea es construir reactores de fusión lo suficientemente pequeños para ser portátiles. No hace falta decir que esta solicitud de patente fue recibida con escepticismo.
