Comienza el trabajo de diseño del primer reactor de fusión comercial del mundo

Will Lockett 

Renderización de DEMOnstrator — WikiCC

DEMOnstrator: el reactor que cambiará el mundo.

Una central eléctrica de fusión nuclear en pleno funcionamiento salvaría al mundo de nuestros crímenes climáticos. Todo lo que se requeriría sería simplemente arrojar una pequeña cantidad de hidrógeno y, a cambio, recibir grandes cantidades de energía y helio. Sin emisiones de carbono, sin grandes paneles solares que acaparan el hábitat, solo energía casi infinita. Sin embargo, esta tecnología nos ha eludido durante décadas, y ninguno de nuestros reactores ha sido capaz de generar una ganancia neta general de energía. Pero eso pronto puede estar a punto de cambiar. EUROfusion, el grupo detrás del increíble reactor JET y el próximo reactor ITER, recientemente comenzó a trabajar en DEMOnstrator, su planta de energía de fusión comercial. Entonces, ¿cómo ha podido EUROfusion alcanzar este hito? ¿Cuánto tiempo tenemos que esperar para que el DEMOnstrator esté disponible? ¿Y cómo cambiará el mundo?

Antes de sumergirnos en este increíble nuevo reactor, debemos comprender por qué hemos luchado durante tanto tiempo para desbloquear la energía de fusión, ya que es importante para comprender cómo EUROfusion finalmente puede dar este monumental paso adelante.

La fusión en sí misma es relativamente simple. Al aplastar los átomos lo suficientemente fuerte, puedes superar la fuerza electromagnética repulsiva de sus órbitas de electrones. Esta fuerza surge porque todos los electrones tienen carga negativa y, por lo tanto, se repelen entre sí. Una vez superado, el núcleo de cada átomo se une por la "fuerza nuclear fuerte", aplastándolos en un solo núcleo más grande (de ahí que se llame fusión). Este nuevo núcleo necesita menos gluones, las partículas que mantienen unidos a los neutrones y protones en el núcleo, por lo que los gluones sobrantes se transforman en energía. Pero debido a la ecuación E=MC² de Einstein, que significa que una pequeña cantidad de masa es lo mismo que una tonelada de energía, este gluón se convierte en una gran cantidad de energía que brota del átomo.

El sol funciona con fusión — Foto de Ivana Cajina en Unsplash

Los átomos más pequeños son más fáciles de fusionar porque tienen menos electrones y, por lo tanto, menos fuerza de repulsión. Esta es la razón por la cual hay suficiente energía cinética en el núcleo extremadamente caliente y denso del sol para que los átomos de hidrógeno se aplasten entre sí con suficiente poder para fusionarlos en helio. Esto libera una gran cantidad de calor, razón por la cual el Sol brilla con tanta intensidad.

Tenemos reactores de fusión en la Tierra que intentan replicar las condiciones en el núcleo del Sol. Sin embargo, en lugar de usar la gravedad para forzar la unión de los átomos, usamos electroimanes (o, en algunos casos, energía cinética pura, pero hoy no estamos hablando de esos reactores). Verá, cuando el hidrógeno se calienta, se convierte en un plasma que interactúa con las fuerzas magnéticas. Entonces, podemos usar electroimanes completamente masivos para exprimir este plasma hasta el punto en que comience a producirse la fusión, liberando energía que luego podemos recolectar y convertir en electricidad.

Pero aquí está el problema: actualmente se necesita más energía para hacer funcionar esos electroimanes de la que podemos obtener de la fusión, ¡así que nuestros reactores de fusión en realidad funcionan con una pérdida neta! Esto se debe a la baja eficiencia de los electroimanes, nuestra escasa comprensión de la dinámica del plasma a alta temperatura y la eficiencia de captura de energía.

JET — JET

En los últimos años, las instalaciones de fusión como JET (Joint European Torus) de EUROfusion han hecho avanzar drásticamente el mundo de la fusión. De hecho, JET rompió recientemente el récord de la mayor cantidad de energía generada a partir de una reacción de fusión con 59 megajulios. Sin embargo, solo tuvo una eficiencia del 33%, lo que significa que se necesitaron 178,8 megajulios de energía para ejecutar esta reacción. Pero esta sigue siendo una eficiencia impresionante, particularmente para un reactor tan pequeño.

EUROfusion quiere aplicar estas lecciones a su próximo reactor masivo, conocido como ITER. Como es mucho más grande que cualquier reactor anterior, la eficiencia térmica y de fusión debería ser mucho mayor, lo que le permitiría producir más energía con menos consumo de energía. Con suerte, esto significará que ITER comenzará a ver una ganancia neta en energía y permitirá a los científicos refinar el proceso de fusión hasta el punto en que pueda generar mucha más energía de la que se pone en el sistema. Pero ITER no tendrá forma de convertir esta ganancia neta de energía en electricidad utilizable.

Sección transversal del ITER — WikiCC

EUROfusion quiere tomar los aprendizajes de ITER y convertirlos en una central eléctrica utilizable. Esto no solo significa tener una ganancia neta en energía como ITER, sino también convertir de manera eficiente la energía de salida en electricidad y tener todos los sistemas de seguridad y mantenimiento relevantes implementados y optimizados. Esto es lo que es DEMOnstrator; en efecto, será un reactor de fusión que puede replicarse como fuente de energía comercial.

Durante mucho tiempo, DEMOnstrator fue solo un objetivo lejano para EUROfusion. Pero los avances recientes les han hecho confiar en que pueden comenzar a trabajar en el diseño ahora sin tener defectos incorporados. Entonces, el 5 de julio de 2022, comenzaron a trabajar en el diseño de esta increíble máquina.

¡Eso es todo! Nosotros Pronto tendremos nuestra propia fuente de energía de ciencia ficción que puede salvar a la Tierra de todos nuestros crímenes climáticos impulsados ​​por el petróleo.

Pero lamentablemente, no del todo.

Verá, ITER ni siquiera está construido todavía, y DEMOnstrator requiere sistemas y tecnologías que ITER desarrollará. No será hasta finales de 2025 que ITER finalmente cobre vida. Incluso entonces, pasarán años, tal vez incluso décadas, hasta que los científicos puedan completar sus experimentos y tener el conocimiento necesario para terminar DEMOnstrator. Es por eso que EUROfusion predice que DEMOnstrator no estará listo hasta 2054. Pero incluso una vez que finalmente se encienda, DEMOnstrator no será realmente un reactor comercial. En primer lugar, solo producirá entre 300 y 500 MW de potencia y su uso será extremadamente costoso. En teoría, podría usarlo como una fuente de energía comercial, pero costaría mucho más de lo que exige el mercado.

ITER en construcción en 2018 — WikiCC

Aún así, DEMOnstrator no está realmente diseñado para ser un reactor comercial. En cambio, su propósito es desarrollar la tecnología y hacerla más segura, más escalable, más barata y más poderosa. Entonces, realmente, es el reactor después de DEMOnstrator el que cambiará las reglas del juego. Según la tasa de progreso de EUROfusion, ¡esto podría estar listo para la década de 2070!

Sin embargo, esto no quita el hecho de que actualmente hay ingenieros que diseñan con confianza el primer reactor de fusión productor de energía del mundo. Decir que este es un gran paso adelante es quedarse corto. Sin embargo, no puedo evitar sentir que esto es un poco demasiado tarde. Las empresas privadas afirman ahora, con pruebas relativamente sólidas, que sus nuevos diseños de reactores podrían empezar a producir energía en los próximos diez años. Además, para la década de 2070, la humanidad ya habrá tenido que adoptar otra tecnología para hacer la transición a una sociedad neta cero, como la energía solar y eólica. Entonces, ¿habrá un lugar en el mundo para la energía de fusión? ¿Habrá zarpado ya el barco para EUROfusion?

El artículo original se puede leer en inglés en Medium / Predict

Artículo traducido por L. Domenech