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TECNOLOGÍA. La Fusión Nuclear podría ser una realidad en 2025

 

Una representación en corte del tokamak SPARC propuesto. (Imagen: © CFS / MIT-PSFC - Representación CAD de T. Henderson)


Un reactor de fusión nuclear viable, uno que escupe más energía de la que consume, podría estar aquí en 2025. Esa es la conclusión de siete nuevos estudios, publicados el 29 de septiembre en la revista Journal of Plasma Physics .

Si un reactor de fusión alcanza ese hito, podría allanar el camino para la generación masiva de energía limpia. 

Durante la fusión, los núcleos atómicos se unen para formar átomos más pesadosCuando la masa de los átomos resultantes es menor que la masa de los átomos que entraron en su creación, el exceso de masa se convierte en energía, liberando una cantidad extraordinaria de luz y calorLa fusión alimenta el sol y las estrellas, ya que la poderosa gravedad en sus corazones fusiona el hidrógeno para crear helio .

Para ello, se necesita una enorme cantidad de energía para obligar a los átomos a fusionarse, lo que ocurre a temperaturas de al menos 100 millones de grados Celsius. Sin embargo, estas reacciones pueden generar mucha más energía de la que requieren. Al mismo tiempo, la fusión no produce gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono, que impulsan el calentamiento global , ni genera otros contaminantes. Y el combustible para la fusión, como el elemento hidrógeno, es lo suficientemente abundante en la Tierra como para satisfacer todas las necesidades energéticas de la humanidad durante millones de años.

"Prácticamente todos nos involucramos en esta investigación porque estamos tratando de resolver un problema global realmente serio", dijo el autor del estudio Martin Greenwald, físico de plasma del MIT y uno de los científicos líderes en el desarrollo del nuevo reactor. "Queremos tener un impacto en la sociedad. Necesitamos una solución para el calentamiento global; de lo contrario, la civilización está en problemas. Parece que esto podría ayudar a solucionarlo".

La mayoría de los reactores de fusión experimentales emplean un diseño ruso en forma toroidal, llamado tokamakEstos diseños utilizan poderosos campos magnéticos para confinar una nube de plasma, o gas ionizado, a temperaturas extremas, lo suficientemente altas como para que los átomos se fusionen. El nuevo dispositivo experimental, llamado reactor SPARC está siendo desarrollado por científicos del MIT y una empresa derivada, Commonwealth Fusion Systems.

Dentro de un reactor de fusión nuclear. 
Durante los últimos 25 años, los investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts han estado creando y estudiando silenciosamente un trozo de sol, apenas a media milla del río Charles entre Boston y Cambridge. De vez en cuando, solo durante dos segundos a la vez, un reactor especializado propiedad del MIT utiliza enormes cantidades de electricidad, suficiente para alimentar toda la ciudad de Cambridge, para calentar los gases dentro de una cámara protegida a cerca de 100 millones de ° C. El objetivo de los investigadores es dominar la fusión nuclear, el proceso que le da al sol toda su energía.




El proyecto SPARC, que se lanzó en 2018, está programado para comenzar a construirse el próximo junio 2021, y el reactor comenzará a operar en 2025. Esto es mucho más rápido que el proyecto de energía de fusión más grande del mundo, conocido como Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER), que fue concebido en 1985 pero no lanzado hasta 2007; y aunque la construcción comenzó en 2013, no se espera que el proyecto ITER genere una reacción de fusión hasta 2035.

Según los estudios, se espera que SPARC genere al menos el doble de 10 veces más energía de la que se consume en el proceso.

Una ventaja que SPARC puede tener sobre ITER es que los imanes de SPARC están diseñados para confinar su plasma. SPARC utilizará los denominados imanes superconductores de alta temperatura que solo estuvieron disponibles comercialmente en los últimos tres a cinco años, mucho después de que se diseñó ITER por primera vez. Estos nuevos imanes pueden producir campos magnéticos mucho más potentes que los del reactor ITER: un máximo de 21 teslas, en comparación con el máximo de 12 teslas de ITER. (En comparación, la fuerza del campo magnético de la Tierra varía de 30 millonésimas a 60 millonésimas de tesla).

Estos poderosos imanes sugieren que el núcleo de SPARC puede ser aproximadamente tres veces más pequeño en diámetro y de 60 a 70 veces más pequeño en volumen que el corazón del ITER, que está programado para tener 6 metros de ancho. Esa dramática reducción de tamaño va acompañada de una reducción de peso y costo.


Reactor C-Mod de Commonwealth Fusion Systems MIT con los reactores SPARC y ARC propuestos por CFS.



El calor de un reactor de fusión generaría vapor. Este vapor luego impulsaría una turbina y un generador eléctrico, de la misma manera que se produce la mayor parte de la electricidad en la actualidad. 

Las plantas de energía de fusión podrían ser reemplazos de las plantas de combustibles fósiles, y no sería necesario reestructurar las redes eléctricas. Por el contrario, las fuentes de energía renovable como la solar y la eólica "no se adaptan bien al diseño actual de las redes eléctricas".

En última instancia, los investigadores esperan que las plantas de energía de fusión inspiradas en SPARC generen entre 250 y 1.000 megavatios (MW) de electricidad. SPARC solo produciría calor, no electricidad. Una vez que los investigadores hayan construido y probado SPARC, planean construir el reactor ARC (Affordable Robust Compact), que generaría electricidad a partir de ese calor de cara al 2035.


El grupo MIT ha diseñado un pequeño reactor de demostración llamado SPARC, el compacto robusto asequible financiado con fondos privados más pequeño / más pequeño, que estiman que costará en el rango de $ 300 millones. ITER costará 40.000 millones de dólares, tardará décadas en completarse y es solo un experimento científico. Producirá 500W de energía térmica pero no electricidad. Desarrollo de un reactor ARC que proporcionaría 500W térmicos y 200MW de electricidad real para la red y costaría menos de una décima parte del ITER. El concepto de SPARC, el compacto robusto asequible financiado con fondos privados más pronto / más pequeño es realizar un proyecto dirigido y ajustado aplicado al concepto Tokomak.


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