El plasma sobrecalentado dentro del reactor de fusión está retorcido por campos magnéticos. Crédito:IPP, Matthias Otte
En un mundo que lucha por dejar su adicción a los combustibles fósiles y alimentar su creciente apetito por la energía, Hay una tecnología en desarrollo que casi suena demasiado buena para ser verdad:la fusión nuclear.
Si funciona, La energía de fusión ofrece grandes cantidades de energía limpia con una fuente de combustible casi ilimitada y prácticamente cero emisiones de carbono. Eso es si funciona. Pero hay equipos de investigadores en todo el mundo y se gastan miles de millones de dólares para asegurarse de que así sea.
En febrero del año pasado, comenzó un nuevo capítulo de investigación sobre la energía de fusión con la inauguración formal de Wendelstein 7-X. Se trata de un reactor de fusión experimental de 1.000 millones de euros (1.400 millones de dólares australianos) construido en Greifswald, Alemania, para probar un diseño de reactor llamado stellarator.
Está previsto que alrededor de 2021 pueda funcionar durante un máximo de 30 minutos. lo que sería un récord para un reactor de fusión. Este es un paso importante en el camino para demostrar una característica esencial de una futura planta de energía de fusión:el funcionamiento continuo.
Pero el W-7X no es el único juego de fusión en la ciudad. En el sur de Francia se está construyendo ITER, un reactor de fusión experimental de 20.000 millones de dólares (26.700 millones de dólares australianos) que utiliza un diseño diferente llamado tokamak. Sin embargo, aunque el W-7X y el ITER emplean diseños diferentes, los dos proyectos se complementan, y es probable que las innovaciones en uno se traduzcan en una eventual planta de energía de fusión nuclear en funcionamiento.
Aquí puedes ver el giro en el plasma dentro de un tokamak. Crédito:CCFE
Giros y vueltas
La energía de fusión busca replicar la reacción que impulsa a nuestro Sol, donde dos átomos muy ligeros, como hidrógeno o helio, están fusionados. El átomo fusionado resultante termina ligeramente más ligero que los dos átomos originales, y la diferencia de masa se convierte en energía según la fórmula de Einstein E =mc².
La dificultad radica en animar a los dos átomos a fusionarse, lo que requiere que se calienten a millones de grados Celsius. Contener un combustible tan recalentado no es tarea fácil, por lo que se convierte en un gas ionizado caliente, un plasma, que puede estar contenido dentro de un campo magnético para que en realidad no toque el interior del reactor.
Lo que hace que el W-7X sea particularmente interesante es su diseño de stellarator. Consta de una cámara de vacío incrustada en una botella magnética creada por un sistema de 70 bobinas magnéticas superconductoras. Estos producen un poderoso campo magnético para confinar el plasma caliente.
Los stellarators y los tokamaks son ambos tipos de dispositivos de confinamiento magnético toroidales (en forma de rosquilla) que se están investigando para la energía de fusión. En estos experimentos, un fuerte campo magnético toroidal (o anular) crea una botella magnética para confinar el plasma.
Una compleja serie de imanes mantiene contenido el plasma (ilustrado en rosa). Crédito:IPP
Sin embargo, para que el plasma tenga un buen confinamiento en la cámara en forma de rosquilla, el campo magnético debe tener un giro. En un tokamak como en el reactor ITER, una gran corriente fluye en el plasma para generar el camino retorcido requerido. Sin embargo, la gran corriente puede generar inestabilidades "torcidas", lo que puede hacer que el plasma se rompa.
Si el plasma se rompe, el reactor debe inundarse con gas para apagar el plasma y evitar que dañe el experimento.
En un estelar la torsión en el campo magnético se obtiene girando toda la máquina. Esto elimina la gran corriente toroidal, y hace que el plasma sea intrínsecamente más estable. El costo viene en la complejidad de ingeniería de las bobinas de campo y el confinamiento reducido, lo que significa que el plasma se contiene con menos facilidad dentro de la burbuja magnética.
Reunirse
Si bien el W7-X y el ITER utilizan enfoques diferentes, la mayor parte de la tecnología subyacente es idéntica. Ambos son máquinas superconductoras toroidales, y ambos utilizan sistemas de calefacción externos como radiofrecuencia e inyección de haz neutro para calentar el plasma, y gran parte de la tecnología de diagnóstico de plasma es común.
En una planta de energía los isótopos pesados de hidrógeno (deuterio y tritio) se fusionan para formar helio junto con un neutrón energético. Mientras que el helio está contenido en el plasma, el neutrón tiene una carga eléctrica neutra, y se dispara hacia la "manta" que rodea el plasma. Esto lo calienta que a su vez impulsa una turbina de vapor que genera electricidad.
Una característica común de la energía de fusión es la necesidad de desarrollar materiales que puedan soportar el calor elevado y los neutrones rápidos generados por la reacción de fusión. Independientemente del diseño, la primera pared de un reactor de fusión tiene que resistir un bombardeo masivo de partículas de alta energía a lo largo de su vida.
En este punto, Es demasiado pronto para decir si el diseño de tokamak utilizado por ITER o el stellarator utilizado por W-7X será más adecuado para una planta de energía de fusión comercial. Pero el comienzo de la operación de investigación del W-7X no solo ayudará a decidir qué tecnología podría ser la mejor para seguir, pero contribuirá con conocimientos valiosos a futuros experimentos de fusión, y quizás algún día una verdadera revolución energética.
Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.