Hace dos años y medio, el MIT firmó un acuerdo de investigación con la empresa emergente Commonwealth Fusion Systems para desarrollar un experimento de investigación de fusión de próxima generación, llamado SPARC, como precursor de una planta de energía práctica y libre de emisiones.
Ahora, después de muchos meses de intensa investigación y trabajo de ingeniería, los investigadores encargados de definir y refinar la física detrás del ambicioso diseño del reactor han publicado una serie de artículos que resumen el progreso que han logrado y describen las preguntas clave de investigación que SPARC permitirá.
En general, dice Martin Greenwald, subdirector del Centro de Fusión y Ciencia del Plasma del MIT y uno de los científicos líderes del proyecto, el trabajo avanza sin problemas y por buen camino. Esta serie de artículos proporciona un alto nivel de confianza en la física del plasma y lapredicciones de rendimiento para SPARC, dice. No se han presentado impedimentos inesperados o sorpresas, y los desafíos restantes parecen ser manejables. Esto establece una base sólida para el funcionamiento del dispositivo una vez construido, según Greenwald.
Greenwald escribió la introducción de un conjunto de siete artículos de investigación escritos por 47 investigadores de 12 instituciones y publicados hoy en un número especial de la Revista de física del plasma . Juntos, los artículos describen la base física teórica y empírica del nuevo sistema de fusión, que el consorcio espera comenzar a construir el próximo año.
Se planea que SPARC sea el primer dispositivo experimental en lograr un "plasma ardiente", es decir, una reacción de fusión autosostenida en la que diferentes isótopos del elemento hidrógeno se fusionan para formar helio, sin la necesidad de másaporte de energía. Estudiar el comportamiento de este plasma en llamas, algo nunca antes visto en la Tierra de manera controlada, se considera información crucial para desarrollar el siguiente paso, un prototipo funcional de una planta de energía práctica y generadora de energía.
Tales plantas de energía de fusión podrían reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero del sector de generación de energía, una de las principales fuentes de estas emisiones a nivel mundial. El proyecto MIT y CFS es uno de los proyectos de investigación y desarrollo financiados con fondos privados más grandes jamás emprendidos en la fusióncampo.
El diseño SPARC, aunque aproximadamente el doble del tamaño del experimento Alcator C-Mod ahora retirado del MIT y similar a varios otros reactores de fusión de investigación actualmente en funcionamiento, sería mucho más poderoso, logrando un rendimiento de fusión comparable al esperado en elUn reactor ITER más grande está siendo construido en Francia por un consorcio internacional. La alta potencia en un tamaño pequeño es posible gracias a los avances en imanes superconductores que permiten un campo magnético mucho más fuerte para confinar el plasma caliente.
El proyecto SPARC se lanzó a principios de 2018, y el trabajo en su primera etapa, el desarrollo de los imanes superconductores que permitirían la construcción de sistemas de fusión más pequeños, ha avanzado a buen ritmo. El nuevo conjunto de documentos representa la primera vez que elLa base física subyacente para la máquina SPARC se ha descrito en detalle en publicaciones revisadas por pares. Los siete artículos exploran las áreas específicas de la física que debían refinarse más y que aún requieren una investigación en curso para precisar los elementos finales de la máquina.el diseño y los procedimientos operativos y las pruebas que se realizarán a medida que avanza el trabajo hacia la planta de energía.
Los artículos también describen el uso de herramientas de cálculo y simulación para el diseño de SPARC, que se han probado con muchos experimentos en todo el mundo. Los autores utilizaron simulaciones de vanguardia, ejecutadas en potentes supercomputadoras, que se han desarrollado para ayudar aldiseño del ITER. El gran equipo multiinstitucional de investigadores representados en el nuevo conjunto de artículos tuvo como objetivo traer las mejores herramientas de consenso al diseño de la máquina SPARC para aumentar la confianza de que logrará su misión.
El análisis realizado hasta ahora muestra que la producción de energía de fusión planificada del reactor SPARC debería poder cumplir con las especificaciones de diseño con un margen cómodo de sobra. Está diseñado para lograr un factor Q, un parámetro clave que denota la eficiencia deun plasma de fusión: de al menos 2, lo que esencialmente significa que se produce el doble de energía de fusión que la cantidad de energía bombeada para generar la reacción. Esa sería la primera vez que un plasma de fusión de cualquier tipo produce más energía queconsumado.
Los cálculos en este punto muestran que SPARC en realidad podría lograr una relación Q de 10 o más, según los nuevos artículos. Si bien Greenwald advierte que el equipo quiere tener cuidado de no hacer promesas excesivas, y queda mucho trabajo por hacer, los resultados hasta ahoraindican que el proyecto al menos logrará sus objetivos, y específicamente cumplirá su objetivo clave de producir un plasma ardiente, en el que el autocalentamiento domina el balance energético.
Las limitaciones impuestas por la pandemia Covid-19 ralentizaron un poco el progreso, pero no mucho, dice, y los investigadores están de vuelta en los laboratorios bajo nuevas pautas operativas.
En general, "seguimos apuntando a que la construcción comience aproximadamente en junio del 21", dice Greenwald. "El esfuerzo de la física está bien integrado con el diseño de ingeniería. Lo que estamos tratando de hacer es poner el proyectosobre la base física más firme posible, de modo que estemos seguros de cómo funcionará, y luego proporcionar orientación y responder preguntas para el diseño de ingeniería a medida que avanza ".
Muchos de los detalles finos aún se están trabajando en el diseño de la máquina, cubriendo las mejores formas de hacer que la energía y el combustible ingresen al dispositivo, desconectar la energía, lidiar con cualquier transitorio térmico o de potencia repentino, y cómo y dónde medirparámetros clave para controlar el funcionamiento de la máquina.
Hasta ahora, solo ha habido cambios menores en el diseño general. El diámetro del reactor se ha aumentado en aproximadamente un 12 por ciento, pero poco más ha cambiado, dice Greenwald. "Siempre existe la cuestión de un poco más de esto,un poco menos de eso, y hay muchas cosas que pesan en eso, problemas de ingeniería, tensiones mecánicas, tensiones térmicas, y también está la física: ¿cómo se afecta el rendimiento de la máquina? "
La publicación de este número especial de la revista, dice, "representa un resumen, una instantánea de la base de la física tal como está hoy". Aunque los miembros del equipo han discutido muchos aspectos en las reuniones de física, "esto esnuestra primera oportunidad de contar nuestra historia, hacer que se revise, obtener el sello de aprobación y difundirla en la comunidad ".
Greenwald dice que todavía hay mucho que aprender sobre la física de la quema de plasmas, y una vez que esta máquina esté en funcionamiento, se puede obtener información clave que ayudará a allanar el camino hacia los dispositivos de fusión comerciales que producen energía, cuyo combustible:- los isótopos de hidrógeno deuterio y tritio - pueden estar disponibles en suministros prácticamente ilimitados.
Los detalles del plasma en combustión "son realmente nuevos e importantes", dice. "La gran montaña que tenemos que superar es comprender este estado autocalentado de un plasma".
En general, dice Greenwald, el trabajo que se ha incluido en el análisis presentado en este paquete de artículos "ayuda a validar nuestra confianza en que lograremos la misión. No nos hemos encontrado con nada en el que digamos, 'oh, esto esprediciendo que no llegaremos a donde queremos ". En resumen, dice," una de las conclusiones es que las cosas todavía parecen estar bien encaminadas. Creemos que va a funcionar ".
Edición especial de la revista: http://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-plasma-physics/collections/status-of-the-sparc-physics-basis
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :