Es una vieja broma que muchos científicos de fusión se han cansado de escuchar: las prácticas centrales de fusión nuclear están a solo 30 años de distancia, y siempre lo estarán.
Pero ahora, finalmente, la broma ya no puede ser cierta: los avances en la tecnología de imanes han permitido a los investigadores del MIT proponer un nuevo diseño para un práctico reactor de fusión compacto tokamak, y es uno que podría realizarse en tan poco comodécada, dicen. La era del poder de fusión práctica, que podría ofrecer un recurso energético casi inagotable, puede estar llegando.
El uso de estos nuevos superconductores disponibles comercialmente, cintas superconductoras de óxido de cobre y bario de tierras raras REBCO, para producir bobinas de campo magnético alto "se ondula en todo el diseño", dice Dennis Whyte, profesor de Ciencias e Ingeniería Nuclear y directordel Centro de Ciencia y Fusión de Plasma del MIT: "Cambia todo".
El campo magnético más fuerte permite producir el confinamiento magnético requerido del plasma supercaliente, es decir, el material de trabajo de una reacción de fusión, pero en un dispositivo mucho más pequeño que los previstos previamente. La reducción de tamaño, ena su vez, hace que todo el sistema sea menos costoso y más rápido de construir, y también permite algunas características nuevas e ingeniosas en el diseño de la central eléctrica. El reactor propuesto, que utiliza una geometría tokamak en forma de rosquilla que se estudia ampliamente, se describe en un documentoen el diario Ingeniería y diseño de fusión , en coautoría de Whyte, el candidato a doctorado Brandon Sorbom y otras 11 personas en el MIT. El documento comenzó como una clase de diseño impartida por Whyte y se convirtió en un proyecto dirigido por estudiantes una vez que terminó la clase.
prototipo de planta de energía
El nuevo reactor está diseñado para la investigación básica sobre fusión y también como un potencial prototipo de planta de energía que podría producir energía significativa. El concepto básico del reactor y sus elementos asociados se basan en principios probados y comprobados desarrollados durante décadas de investigación en el MITy en todo el mundo, dice el equipo.
"El campo magnético mucho más alto", dice Sorbom, "le permite lograr un rendimiento mucho más alto"
Fusion, la reacción nuclear que alimenta el sol, implica fusionar pares de átomos de hidrógeno para formar helio, acompañado de enormes liberaciones de energía. La parte difícil ha sido confinar el plasma supercaliente, una forma de gas cargado eléctricamente, mientrascalentándolo a temperaturas más altas que los núcleos de las estrellas. Aquí es donde los campos magnéticos son tan importantes: atrapan efectivamente el calor y las partículas en el centro caliente del dispositivo.
Si bien la mayoría de las características de un sistema tienden a variar en proporción a los cambios en las dimensiones, el efecto de los cambios en el campo magnético sobre las reacciones de fusión es mucho más extremo: el poder de fusión alcanzable aumenta de acuerdo con el cuarto poder del aumento en el magnéticoPor lo tanto, duplicar el campo produciría un aumento de 16 veces en la reacción de fusión. "Cualquier aumento en el campo magnético le da una gran ganancia", dice Sorbom.
aumento de diez veces en potencia
Si bien los nuevos superconductores no producen una duplicación de la intensidad del campo, son lo suficientemente fuertes como para aumentar la potencia de fusión en un factor de aproximadamente 10 en comparación con la tecnología de superconductores estándar, dice Sorbom. Esta mejora dramática conduce a una cascada de mejoras potencialesen diseño de reactores.
Se espera que el reactor de fusión planificado más poderoso del mundo, un enorme dispositivo llamado ITER que se está construyendo en Francia, cueste alrededor de $ 40 mil millones. Sorbom y el equipo del MIT estiman que el nuevo diseño, aproximadamente la mitad del diámetro de ITER que eradiseñado antes de que los nuevos superconductores estuvieran disponibles, produciría aproximadamente la misma potencia a una fracción del costo y en un tiempo de construcción más corto.
Pero a pesar de la diferencia en el tamaño y la intensidad del campo magnético, el reactor propuesto, llamado ARC, se basa en "exactamente la misma física" que ITER, dice Whyte. "No estamos extrapolando a un régimen completamente nuevo".agrega.
Otro avance clave en el nuevo diseño es un método para eliminar el núcleo de energía de fusión del reactor en forma de dona sin tener que desmontar todo el dispositivo. Eso lo hace especialmente adecuado para la investigación dirigida a mejorar aún más el sistema mediante el usodiferentes materiales o diseños para ajustar el rendimiento.
Además, como con ITER, los nuevos imanes superconductores permitirían que el reactor funcione de manera sostenida, produciendo una salida de potencia constante, a diferencia de los reactores experimentales de hoy en día que solo pueden funcionar durante unos segundos a la vez sin sobrecalentamiento de las bobinas de cobre.
protección contra líquidos
Otra ventaja clave es que la mayoría de los materiales sólidos utilizados para revestir la cámara de fusión en dichos reactores son reemplazados por un material líquido que puede circular y reemplazarse fácilmente, eliminando la necesidad de procedimientos de reemplazo costosos a medida que los materiales se degradan con el tiempo.
"Es un ambiente extremadamente duro para los materiales [sólidos]", dice Whyte, por lo que reemplazar esos materiales con un líquido podría ser una gran ventaja.
En este momento, según lo diseñado, el reactor debería ser capaz de producir aproximadamente tres veces más electricidad que la necesaria para mantenerlo en funcionamiento, pero el diseño probablemente podría mejorarse para aumentar esa proporción a aproximadamente cinco o seis veces, dice Sorbom.Hasta ahora, ningún reactor de fusión ha producido tanta energía como la que consume, por lo que este tipo de producción de energía neta sería un gran avance en la tecnología de fusión, dice el equipo.
El diseño podría producir un reactor que proporcionaría electricidad a unas 100,000 personas, dicen. Se han construido dispositivos de complejidad y tamaño similares en aproximadamente cinco años, dicen.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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