Un gran avance en la fusión nuclear nos ha acercado un paso más a la energía 'infinita'

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16 de septiembre de 2021.

Crear una fuente de energía sostenible con capacidad prácticamente ilimitada, segura, económica y respetuosa con el medio ambiente. Actualmente, los científicos están impulsando la creación de un reactor de fusión que pueda producir más energía de la que consume. Esto parece posible.

 

By Greg De Temmerman

Investigador asociado en Mines ParisTech-PSL. Director Gerente de Zenon Research, Mines ParisTech


 

El Laboratorio Nacional Lawrence Livermore ha anunciado un gran avance en la fusión nuclear, utilizando potentes láseres para producir 1.3 megajulios de energía, aproximadamente el 3% de la energía contenida en 1 kg de petróleo crudo.

 

La fusión nuclear se ha considerado durante mucho tiempo como la energía del futuro, una fuente de energía "infinita" que no depende de la necesidad de quemar carbono. Pero después de décadas de investigación, aún no ha cumplido su emocionante promesa.

 

¿Cuánto más nos acerca este nuevo avance a los resultados deseados? Aquí hay una breve descripción para poner en perspectiva este nuevo avance científico.

 

¿Qué es la fusión nuclear?

 

Hay dos formas de utilizar la energía nuclear: la fisión, que se utiliza en las actuales centrales nucleares, y la fusión.

 

En la fisión, los átomos pesados ​​de uranio se rompen en átomos más pequeños para liberar energía. La fusión nuclear es el proceso opuesto: los átomos ligeros se transforman en átomos más pesados ​​para liberar energía, el mismo proceso que ocurre dentro del núcleo de plasma del Sol.

 

Un reactor de fusión amplifica la potencia: la reacción desencadenada debe producir más energía de la necesaria para calentar el plasma combustible para que se produzca la producción de energía; esto se conoce como ignición. Nadie ha logrado esto todavía. El récord actual lo logró en 1997 el Joint European Torus del Reino Unido, donde Se generaron 16 megavatios de potencia por fusión magnética, pero se necesitaron 23 megavatios para activarlo.

 

Dentro de la cámara de fusión del tokamak DIII-D, San Diego, EE. UU. Rswilcox, CC BY-SA
Dentro de la cámara de fusión del tokamak DIII-D, San Diego, EE. UU. Rswilcox, CC BY-SA

 

Hay dos formas posibles de lograr la fusión nuclear: el confinamiento magnético, que utiliza imanes potentes para confinar el plasma durante períodos de tiempo muy prolongados, y el confinamiento inercial, que utiliza pulsos de láser breves y muy potentes para comprimir el combustible e iniciar la reacción de fusión.

 

Históricamente, la fusión magnética se ha visto favorecida porque la tecnología necesaria para la fusión inercial, en particular los láseres, no estaba disponible. La fusión inercial también requiere ganancias mucho mayores para compensar la energía consumida por los láseres.

 

Confinamiento inercial

 

Los dos proyectos inerciales más grandes son la Instalación Nacional de Ignición en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en los Estados Unidos y el Megajulio láser en Francia, cuyas aplicaciones son principalmente militares y financiadas por programas de defensa. Ambas instalaciones simulan explosiones nucleares con fines de investigación, aunque la Instalación Nacional de Ignición también realiza investigaciones sobre energía.

 

La Instalación Nacional de Ignición utiliza 192 rayos láser que producen un total de 1.9 megajulios de energía durante un período de unos pocos nanosegundos para desencadenar la reacción de fusión. El combustible se coloca dentro de una cápsula de metal de unos pocos milímetros de diámetro que, cuando se calienta con láseres, emite rayos X que calientan y comprimen el combustible.

 

Fue este proceso el que, el 8 de agosto de 2021, logró la producción de energía histórica de 1.3 megajulios, el valor más alto jamás registrado por el enfoque inercial: es decir, lo más cerca que hemos estado de la ignición.

 

La ganancia global de 0.7 equivale al récord alcanzado por Joint European Torus en 1997 utilizando confinamiento magnético, pero en este caso, el combustible absorbió 0.25 megajulios de energía y generó 1.3 megajulios: la fusión, por tanto, generó una buena parte del calor necesario para la producción. reacción, acercándose al punto de ignición.

 

Aún así, un reactor tendrá que lograr ganancias mucho mayores (más de 100) para ser económicamente atractivo.

 

Confinamiento magnético

 

El enfoque de confinamiento magnético promete mejores perspectivas de desarrollo y, por lo tanto, es la ruta preferida para la producción de energía hasta ahora.

 

La gran mayoría de la investigación se centra en tokamaks, reactores de fusión inventados en la Unión Soviética en la década de 1960, donde el plasma está confinado por un fuerte campo magnético.

 

ITER, un reactor de demostración en construcción en el sur de Francia que involucra a 35 países, utiliza la configuración tokamak. Será el reactor de fusión más grande del mundo y su objetivo es demostrar una ganancia de 10: el plasma se calentará con 50 megavatios de potencia y debería generar 500 megavatios. El primer plasma ahora se espera oficialmente para fines de 2025, y se espera una demostración de fusión a fines de la década de 2030.

 

El Reino Unido ha lanzado recientemente el proyecto STEP (Tokamak esférico para producción de electricidad), que tiene como objetivo desarrollar un reactor que se conecte a la red energética en la década de 2040. China también está persiguiendo una programa ambicioso para producir isótopos de tritio y electricidad en la década de 2040. Finalmente, Europa planea abrir otra demostrador de tokamak, DEMO, en la década de 2050.

 

Otra configuración llamada stellarator, como la de Alemania Wendelstein-7X, está mostrando muy buenos resultados. Aunque el rendimiento del stellarator es más bajo de lo que puede lograr un tokamak, su estabilidad intrínseca y sus prometedores resultados recientes lo convierten en una alternativa seria.

 

Futuro de la fusión

 

Mientras tanto, los proyectos privados de fusión nuclear han experimentado un auge en los últimos años. La mayoría de ellos imagina una reacción de fusión en los próximos diez a 20 años y juntos han atraído $ 2 mil millones en fondos para superar al sector de desarrollo tradicional.

 

Dos escenarios de despliegue de fusión nuclear diferentes, en comparación con la fisión eólica, solar y nuclear. Crédito de la foto: G De Temmerman, D Chuard, J -B. Rudelle para Zenon Research (autor proporcionado)

 

Si bien estas iniciativas utilizan otras tecnologías innovadoras para alcanzar la fusión y, por lo tanto, podrían entregar reactores operativos rápidamente, el despliegue de una flota de reactores en todo el mundo seguramente llevará tiempo.

 

Si el desarrollo sigue esta vía acelerada, la fusión nuclear podría representar aproximadamente el 1% de la demanda mundial de energía para 2060.

 

Entonces, si bien este nuevo avance es emocionante, vale la pena tener en cuenta que la fusión será una fuente de energía para la segunda parte del siglo, como muy pronto.

 

Este artículo fue publicado originalmente por The Conversación, Australia, el 26 de agosto de 2021, y se ha vuelto a publicar de acuerdo con la Licencia pública internacional Reconocimiento-No comercial-Sin derivados 4.0 de Creative Commons. Puedes leer el artículo original aquí y se publicó originalmente en Francés. Las opiniones expresadas en este artículo son solo del autor y no de WorldRef.


 

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