El reactor Mad Fusion de TAE podría funcionar

Will Lockett

22de Agosto, 2022

Su enfoque completamente único de la fusión finalmente podría desbloquear esta tecnología para salvar el planeta.

La humanidad ha estado persiguiendo la energía de fusión durante décadas. Esta fuente de energía revolucionaria podría proporcionarnos grandes cantidades de energía limpia que salva el planeta y que prácticamente no tiene residuos radiactivos. Pero por mucho que lo intentemos, esta tecnología sigue siendo esquiva. Tal vez se necesite un enfoque completamente nuevo. Bueno, eso es lo que cree TAE, y su diseño de reactor radical es diferente a cualquier otra cosa. Entonces, ¿esta nueva dirección dará resultados? ¿O es un callejón sin salida?

Antes de sumergirnos en el reactor único de TAE, primero debemos hacer la explicación obligatoria de la fusión para que todos estemos al día.

La fusión nuclear ocurre cuando dos átomos son forzados a unirse con suficiente energía para vencer la fuerza electromagnética repulsiva que los separa. Luego se fusionan (de ahí el nombre) en un solo átomo más grande. Pero, en el núcleo de un átomo, hay protones y neutrones, que están pegados con muones, un tipo de partícula fundamental con masa. Pero este núcleo nuevo y más grande necesita menos muones para mantenerse pegado, por lo que estos gluones sobrantes se convierten en energía y se irradian. Debido a la famosa ecuación E=MC² de Einstein, que establece que una pequeña cantidad de masa equivale a una gran cantidad de energía, estos muones muy ligeros se convierten en una cantidad colosal de energía.

Diagrama de fusión nuclear — WikiCC

Por eso la energía de fusión podría ser tan revolucionaria. Simplemente tome una pequeña cantidad de hidrógeno (porque es el elemento más fácil de fusionar) y tritúrelo para producir una gran cantidad de energía y helio (el resultado de la fusión de dos hidrógenos).

Durante décadas, hemos estado tratando de utilizar este proceso para producir energía. Con mucho, el diseño más popular de reactor de fusión ha sido el tokamak. Estos reactores utilizan el hecho de que el plasma de hidrógeno es conductor y puede empujarse y calentarse con imanes. El plasma se coloca en el reactor en forma de rosquilla del tokamak, que está rodeado de potentes electroimanes superconductores. Estos luego exprimen y calientan el plasma hasta el punto de fusión.

Sección transversal de un tokamak — WikiCC

Sin embargo, ningún tokamak ha producido aún una ganancia neta de energía debido al hecho de que se necesita más energía para ejecutar las reacciones de la que podemos extraer de ellas. Además, los tokamaks son costosos y complejos de construir, lo que significa que el desarrollo y el refinamiento son lentos e increíblemente costosos. Para empeorar las cosas, los tokamaks usan deuterio y tritio como combustible, que son dos tipos diferentes de hidrógeno. Cuando se fusionan, liberan muchos neutrones. No solo es difícil obtener energía de los neutrones, sino que también irradian las paredes del reactor y las vuelven radiactivas.

Aquí es donde entran en juego TAE y su reactor lineal de hidrógeno-boro. Verá, TAE cree que al cambiar radicalmente el combustible que utilizan y rediseñar completamente el tokamak, podrían acercarse mucho más a un reactor de fusión utilizable que cualquier tokamak que haya existido. ¿Pero cómo?

El boro es un metal ligero — WikiCC

Comencemos con el combustible. Que yo sepa, este reactor es el único que utiliza otra cosa que no sea la fusión de hidrógeno-hidrógeno y, en cambio, ha optado por la fusión de hidrógeno-boro. Esta es una elección muy extraña, ya que cuanto más pesado es el elemento, más energía se necesita para fusionarse. De hecho, para que esta mezcla de combustible se fusione, el reactor de TAE debe estar ocho veces más caliente que ITER, el tokamak más grande y más caliente del mundo. Seguramente todo lo que esto hace es aumentar la cantidad de energía que se necesita para ejecutar una reacción. (Lo contrario de lo que queremos).

Bueno, sí, pero los resultados de dicha fusión son increíblemente beneficiosos. En primer lugar, es aneutrónica, lo que significa que esta fusión no emite calor, radiación, partículas alfa ni neutrones. Pero cada fusión libera tres átomos de helio con 2900 keV de carga. Estos átomos de helio cargados son fáciles de recolectar y usar, y su impresionante carga se puede usar para generar energía fácilmente.

Esto hace que la recolección de energía sea muy eficiente, lo que significa que podemos obtener más energía de cada reacción. Luego está el hecho de que la falta de radiación, generación de calor, partículas alfa o neutrones significa que el reactor no se daña tanto como un tokamak, lo que lleva a una operación y mantenimiento más baratos. Esto, a su vez, significa que se puede gastar más dinero y tiempo en el desarrollo que en el mantenimiento.

El plasma dentro de la mayoría de los reactores puede usar "autocalentamiento" - JET

Sin embargo, hay un problema aquí. La mayoría de los reactores utilizan la naturaleza de "autocalentamiento" de la fusión hidrógeno-hidrógeno para aumentar la temperatura y hacer que la fusión continúe sin que se inserte ninguna energía adicional. Esto se conoce como ignición, y si un reactor puede llegar a este punto, se vuelve mucho más eficiente (mire lo que le sucedió a NIF cuando se activó). Pero esta fusión de hidrógeno y boro no tiene esto, lo que significa que su fusión debe ser causada directamente por la energía que el reactor le ha puesto, lo que significa que necesita más energía para funcionar.

Afortunadamente, TAE tiene una manera genial de hacer que la operación de su reactor sea más eficiente que un tokamak, a pesar de las altas demandas de energía de su elección de combustible.

Verá, el diseño de un tokamak coloca imanes superconductores muy fríos a centímetros de un plasma que es más caliente que el Sol. Manejar esta drástica diferencia de temperatura requiere mucha energía y drena parasitariamente la energía de los tokamaks, lo que reduce su eficiencia.

Revoque semitransparente reactor TAE — TAE

Pero, a diferencia del tokamak, TAE opta por un diseño lineal en lugar de un diseño cíclico como un tokamak. Esto significa que efectivamente hay dos aceleradores de partículas apuntando uno al otro, con una cámara de reacción en el medio. Para el reactor de TAE, uno dispara hidrógeno y el otro boro.

Ahora, TAE tiene una buena cantidad de patentes para ayudarlos a crear plasmas estables dentro de la cámara. Pero este diseño significa que los poderosos imanes necesarios para acelerar estas partículas están lejos de la cámara de reacción súper caliente. Por lo tanto, se reducen considerablemente las demandas de energía para mantener los imanes a una temperatura operativa. Además, a diferencia de los tokamaks, se pueden usar imanes más voluminosos y eficientes ya que no hay restricción de tamaño.

Entonces, a pesar de requerir más energía para iniciar una reacción, el reactor de TAE podría tener una eficiencia general mucho mayor. Esto, en combinación con lo fácil que es acceder a las diferentes partes del reactor y el bajo mantenimiento inherente al reactor, debería hacer que el desarrollo y el refinamiento sean rápidos y asequibles.

Ergo, no es de extrañar que TAE haya recaudado recientemente 250 millones de dólares para desarrollar este reactor. Pero a diferencia de un tokamak, esta es una tecnología no probada. Sí, este enfoque novedoso tiene el potencial de lograr una ganancia neta de energía mucho más rápido que cualquier tokamak y podría ser el futuro de la fusión, pero igualmente, los desafíos de este diseño podrían tardar décadas y miles de millones en superarse.

Tendremos que esperar y ver cómo le va a TAE con esta nueva dirección. Me encanta este enfoque novedoso, ya que le habla a mi ingeniero interior. No hay necesidad de desarrollar soluciones exageradas si un simple cambio en el diseño puede resolver el mismo problema. Pero no puedo evitar sentir que TAE ha resuelto todos los problemas de los tokamaks mientras, en el proceso, ha creado desafíos completamente nuevos y únicos para ellos mismos. Esperemos que los brillantes diseñadores, científicos e ingenieros de TAE puedan superar esto y poner en marcha una revolución de fusión.

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

Artículo traducido por L. Domenech