Reactor más caliente que el Sol en camino de convertirse en la primera máquina de fusión del mundo

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La primera planta de fusión nuclear del mundo alcanzó ahora un 50 por ciento de avance, anunció el director general del proyecto el miércoles (6 de diciembre).

Cuando esté en funcionamiento, la planta de fusión experimental, llamada Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER), circulará plasma en su núcleo que es 10 veces más caliente que el sol, rodeado de imanes tan fríos como el espacio interestelar.

¿Su objetivo? Fusionar átomos de hidrógeno y generar 10 veces más energía de la que entra en el 2030.

En última instancia, ITER pretende demostrar que el poder de fusión se puede generar a escala comercial y es sostenible, abundante, seguro y limpio.

"Con ITER y la energía de fusión, tenemos la oportunidad de dejar un legado poderoso y positivo para las generaciones futuras, en lugar de la perspectiva energética actual", dijo Bernard Bigot, director general de ITER, a Live Science. [Top 10 Craziest Environmental Ideas]

Diseño conceptual

La fusión nuclear, la misma reacción que ocurre en el corazón del sol, fusiona los núcleos atómicos para formar núcleos más pesados. La fusión nuclear ha sido un objetivo largamente buscado porque las reacciones de fusión generan mucha más energía que la quema de combustibles fósiles. Por ejemplo, una cantidad de átomos de hidrógeno del tamaño de una piña ofrece tanta energía como 10.000 toneladas de carbón, según un st del proyecto ITER .

A diferencia de las plantas de fisión nuclear actuales -que dividen átomos grandes en átomos más pequeños- una planta de fusión no generaría altos niveles de desechos radiactivos. Y a diferencia de las plantas de combustibles fósiles, la energía de fusión no genera el gas de efecto invernadero, dióxido de carbono u otros contaminantes. [The Reality of Climate Change: 10 Myths Busted]

ITER tiene como objetivo utilizar imanes superconductores para fusionar átomos de hidrógeno y producir grandes cantidades de calor. Las futuras plantas de fusión nuclear pueden usar este calor para impulsar las turbinas y generar electricidad.

El reactor experimental no usará átomos de hidrógeno convencionales, cuyos núcleos consisten cada uno en un protón. En cambio, fusionará deuterio, cuyos núcleos poseen cada uno un protón y un neutrón, con tritio, cuyos núcleos tienen un protón y dos neutrones. El deuterio se extrae fácilmente del agua de mar, mientras que el tritio se generará dentro del reactor de fusión. El suministro de estos combustibles es abundante, lo suficiente para millones de años en el uso de energía global actual, de acuerdo con ITER.

Y a diferencia de los reactores de fisión, la fusión es muy segura: si las reacciones de fusión se interrumpen dentro de una planta de fusión, los reactores de fusión simplemente se apagarán de forma segura y sin necesidad de asistencia externa, señaló el proyecto ITER. En teoría, las plantas de fusión también usan solo unos pocos gramos de combustible a la vez, por lo que no hay posibilidad de un accidente por fusión.

Desafío sin precedentes, grandes retrasos

Aunque la energía de fusión tiene muchos beneficios potenciales, ha demostrado ser extraordinariamente difícil de lograr en la Tierra. Los núcleos atómicos requieren grandes cantidades de calor y presión antes de fusionarse.

Para superar ese gran desafío, ITER tiene como objetivo calentar el hidrógeno a unos 270 millones de grados Fahrenheit (150 millones de grados Celsius), 10 veces más caliente que el núcleo del sol. Este plasma de hidrógeno sobrecalentado quedará confinado y circulará dentro de un reactor en forma de rosquilla llamado tokamak, que está rodeado por imanes superconductores gigantes que controlan el plasma cargado eléctricamente. Para que los imanes superconductores funcionen, deben enfriarse a menos 452 grados F (menos 269 grados C), tan fríos como el espacio interestelar.

Las instalaciones industriales en todo el mundo están fabricando 10 millones de componentes para el reactor. El reactor a menudo se anuncia como la pieza de ingeniería más complicada que se haya construido. Por ejemplo, los imanes de más de 55 pies de altura (17 metros) deben ajustarse junto con un margen de error de menos de 0,04 pulgadas (1 milímetro).

"Muchas de las tecnologías involucradas están realmente a la vanguardia", dijo Bigot. "Estamos ampliando los límites en muchos campos: criogenia, electromagnetismo e incluso el uso de dispositivos de herramientas gigantes. El enfriamiento de 10.000 toneladas de material magnético superconductor a menos 269 grados, por ejemplo, no tiene precedentes en escala".

Una asociación científica de 35 países está construyendo ITER en el sur de Francia. Todos los miembros comparten la tecnología de ITER, y reciben el mismo acceso a la propiedad intelectual y las innovaciones que provienen del esfuerzo.

La idea de una asociación científica para construir una planta de fusión se concibió por primera vez en la Cumbre de Ginebra de 1985 entre Ronald Reagan y Mikhail Gorbachev. El proyecto ITER comenzó en serio en 2007, y originalmente debió completarse en 10 años por $ 5,600 millones. Sin embargo, el proyecto tiene más de una década de retraso y su costo estimado se ha disparado a alrededor de $ 22 mil millones.

"Cuando el proyecto original de ITER fue establecido y aceptado por los miembros, entendieron que el diseño estaba casi completo y listo para la construcción, y que ni siquiera estaba cerca de ser preciso", dijo William Madia, vicepresidente de la Universidad de Stanford. quien dirigió una revisión independiente de ITER en 2013.

Bigot se hizo cargo del problemático proyecto en 2015. "Está progresando mucho más seguro", dijo Madia, ex directora de los laboratorios nacionales Oak Ridge y Pacific Northwest, a Live Science. "Soy un gran seguidor y admirador de Bernard Bigot, creo que ha hecho un buen trabajo. En dos o tal vez tres años más, si continúa progresando, podemos ver cambios reales en la actitud con respecto al ITER".

Plasma circulante

ITER está ahora a mitad de camino hacia su objetivo inicial de circulación de plasma.

"Definitivamente es un gran hito para nosotros", dijo Bigot.

Bigot dijo que ITER sigue a tiempo para el primer plasma en 2025. "Cuando establecimos ese cronograma en noviembre de 2015, tuvimos muchos escépticos", dijo Bigot. "Este cronograma no tiene 'flotante' o contingencia, lo que significa que es el mejor cronograma técnicamente alcanzable. Esto significa que estamos trabajando constantemente para anticipar y mitigar los riesgos que podrían ocasionar demoras o costos adicionales. No es fácil. Pero en los últimos dos años , hemos cumplido todos los hitos y seguimos por buen camino. También hemos aprendido mucho sobre el trabajo en equipo. Esto nos da confianza a medida que enfrentamos el 50 por ciento restante ".

El objetivo final, por supuesto, no es solo el plasma circulante, sino la fusión del deuterio y el tritio para crear un plasma "ardiente" que genera mucha más energía de la que entra. El tokamak ITER debería generar 500 megavatios de potencia, mientras que las plantas de fusión comercial alojarían reactores más grandes para generar entre 10 y 15 veces más potencia. Una planta de fusión de 2.000 megavatios suministraría electricidad a 2 millones de hogares, según un comunicado. . [Quiz: The Science of Electricity]

"Optimísticamente, obtendrán un plasma ardiente en el 2030", dijo Madia.

Si el proyecto resulta exitoso, los científicos de ITER predicen que las plantas de fusión pueden comenzar a conectarse en línea tan pronto como en 2040, con una planta de fusión de 2 gigavatios construida para durar 60 años o más, según el comunicado. Los costos de capital de construir una planta de fusión nuclear deberían ser similares a los de las plantas de fisión nuclear actuales: alrededor de $ 5 mil millones por gigavatio. Al mismo tiempo, las plantas de fusión nuclear solo usan deuterio y tritio, y así evitan "los costos de extraer y enriquecer uranio, o los costos de cuidar y eliminar los desechos radiactivos", dijo Bigot.

Aunque construir una planta de fusión nuclear cuesta más que construir una planta de combustibles fósiles, "los costos del combustible fósil son muy altos, y los costos de combustible para la fusión son insignificantes, por lo que esperamos que promedie", dijo Bigot.

Al mismo tiempo, los combustibles fósiles tienen costos distintos de los financieros. "El enorme costo de los combustibles fósiles está en los impactos ambientales, ya sea debido a la minería, la contaminación o la liberación de gases de efecto invernadero", dijo Bigot. "Fusion no tiene carbono".

Artículo original sobre Live Science.

        

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