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El reactor de fusión más grande del mundo aprovechará el poder del sol

El reactor de fusión más grande del mundo aprovechará el poder del sol

El reactor Tokamak más grande del mundo [Fuente de imagen: ITER]

El desarrollo humano y la funcionalidad diaria regular dependen en gran medida de la disponibilidad constante de electricidad. Casi todas las tecnologías nuevas y antiguas dependen en gran medida de un suministro constante de energía. Como tal, los humanos tienen una demanda masiva de más poder, poder que a menudo se acumula a través de medios menos deseables. Ya sea quemando combustibles fósiles o represas hidroeléctricas, todos los generadores de energía actuales gravan el medio ambiente hasta cierto punto. Sin embargo, ¿qué pasaría si pudiera abolir todos los efectos perjudiciales de la generación de energía actual con un generador capaz de producir un millón de veces más energía que cualquier reacción química y usarlo para aprovechar una energía virtualmente ilimitada?

Parece una fantasía de ingeniería, sin embargo, la respuesta se cierne directamente sobre nuestras cabezas. Energía de fusión, la energía que alimenta al Sol y a todas las demás estrellas de los Comos. Es la fusión de dos partículas, liberando una gran cantidad de energía para fines esencialmente ilimitados. El hidrógeno, el elemento más abundante en la Tierra y en el universo, comprende el suministro de combustible. Aprovechar la energía de fusión proporcionaría energía prácticamente ilimitada sin emisiones de carbono y sin efectos secundarios adversos para el medio ambiente.

A principios de la década de 1900, se reconoció en gran medida como el medio más eficaz de adquirir energía. Sin embargo, los científicos fueron increíblemente ingenuos, asumiendo que generar y recolectar energía de los generadores de fusión sería fácil. En la década de 1930, los físicos ya estaban realizando los primeros experimentos sobre generación de fusión. Sin embargo, no fue hasta 1968 que se logró un hito importante en la producción de las dos de las tres condiciones críticas necesarias para iniciar el proceso de fusión.

El primer dispositivo Tokamak del mundo Ruso T1 Tokamak en el Instituto Kurchatov de Moscú. Con solo 0,4 metros cúbicos de plasma, el dispositivo es 2000 veces más pequeño que el tokamak más grande del mundo actualmente en desarrollo, el ITER. [Fuente de imagen: ITER]

El dispositivo utilizado en el experimento se realizó con untokamak- esencialmente un aparato en forma de rosquilla que utiliza fuertes campos magnéticos para contener plasma a temperaturas excesivo la de la Dom. El tokamak se convirtió en un componente esencial de la investigación termonuclear y hasta el día de hoy se está utilizando para promover el desarrollo de la producción de un reactor de fusión viable.

Los tokamaks funcionan bombeando un gas a una cámara de vacío. A continuación, se bombea electricidad a través del centro (el orificio de la rosquilla). El gas acumula una gran carga y comienza a calentarse, pero está confinado por los intensos campos magnéticos generados por las bobinas magnéticas masivas que rodean el dispositivo.

Obstáculos aún por alcanzar

Si bien el equipo ideó un método para satisfacer dos de las condiciones para crear un reactor de fusión, desarrollar un modelo funcional resultó ser increíblemente difícil. No fue hasta 1991 que se logró la primera liberación controlada de energía de fusión. El generador, sin embargo, requería muchas veces más energía que la que se producía, un medio obviamente pobre y una forma inviable de producir electricidad.

Energía de fusión

Para iniciar una reacción de fusión, se deben cumplir tres condiciones, que incluyen: temperaturas increíblemente altas (para estimular colisiones de alta energía); densidad de partículas de plasma adecuada (para garantizar una mayor probabilidad de que se produzcan colisiones); y una cantidad de tiempo suficiente en la que el plasma debe estar confinado (para retener el plasma, que tiene tendencia a expandirse, en un volumen definido).

Solo cuando se satisfagan los tres componentes se iniciará el proceso de fusión.

Totalmente opuesto a una reacción de fisión en la que requiere y expulsa material altamente radiactivo, la fusión supervisa las partículas que se fusionan en lo que libera inmensas cantidades de energía en forma de calor, que solo requiere hidrógeno como combustible y casi no produce desechos radiactivos.

Los reactores utilizarán dos isótopos radiactivos de hidrógeno, deuterio y tritio, para fusionarse y crear helio a medida que se expulsa un neutrón altamente energizado que luego se acelera para iniciar la siguiente reacción. En este método, se puede crear un mecanismo de bucle para iniciar un dispositivo autosuficiente.

Proceso de fusión [Fuente de imagen: Wikipedia]

El mayor problema en la creación de un reactor de fusión viable es desarrollar un dispositivo capaz de soportar la inmensa presión y temperaturas de los plasmas que se acercan. 100 millones de grados, 6 veces más caliente que el núcleo de la Tierra. Mientras que los científicos han alcanzado temperaturas con un tokamak que excede un poco menos 50 millones de grados Celsius, el experimento duró solo 102 segundosantes de que el plasma volviera a colapsar a su forma estable. Hasta ahora, la creación de condiciones sostenibles en las que producir y mantener una reacción de fusión funcional ha sido completamente esquiva.

Para lograr la generación de energía, los científicos de fusión deben alcanzar el punto de equilibrio de la energía del plasma, un punto en el que los plasmas dentro de un dispositivo de fusión expulsan como mínimo la misma cantidad de energía que se utiliza para iniciar el proceso. A día de hoy, el momento aún está por alcanzar. Sin embargo, la corriente récord para las liberaciones de energía fue capaz de generar70 por cientode la potencia de entrada. El récord aún lo tiene JET.

Ahora, sin embargo, después de casi 60 años de la investigación y el desarrollo de la energía de fusión, ingenieros y científicos están preparando las etapas finales del reactor tokamak más grande del mundo para iniciar y mantener el primer generador de fisión nuclear del mundo con una producción de energía positiva. El proyecto es una colaboración internacional con el objetivo de generar un reactor de fusión experimental que se dice que es autosuficiente, que esencialmente aprovecha el poder de una pequeña estrella. El proyecto, denominado ITER, se encuentra actualmente en marcha.

Que es ITER

ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional) es una colaboración internacional de naciones en un esfuerzo por crear el primer reactor termonuclear autosuficiente del mundo en el que se supere el punto de equilibrio. El generador se está desarrollando actualmente y promete una revolución en la generación de energía en el siglo XXI. Si funciona según lo planeado, generará 500 MW de potencia de salida y solo consumirá 50 MW de entrada, reescribiendo un nuevo capítulo en la historia como la generación que cosechó el poder de las estrellas.

Abarcando una distancia de 42 hectáreas, la planta empleará sobre 5,000 personas durante las horas pico de construcción. Será el reactor tokamak más grande jamás construido, midiendo 8 veces el volumen del siguiente tokamak más grande.

¿Como funciona?

El monstruoso aparato será el tokamak más grande del mundo, con un radio de plasma (R) de 6.2 my un volumen de plasma de 840 m³. En el corazón del reactor quedan las bobinas magnéticas masivas envueltas alrededor del tokamak, un componente esencial para limitar las temperaturas que se acercarán.150 millones de grados C. Como todos los demás tokamaks, la enorme nave cargará un combustible gaseoso contenido por inmensos campos magnéticos. El uso de cantidades extraordinarias de electricidad obligará al gas a descomponerse y ionizarse a medida que se eliminan los electrones de los núcleos. Entonces se formarán los plasmas.

Las partículas de plasma continuarán energizándose y continúan chocando a intervalos e intensidades crecientes. Los métodos de calentamiento auxiliar aumentarán la temperatura del plasma hasta que se alcancen las temperaturas de fusión a 150 a 300 millones de ° C. Las partículas altamente energizadas podrán superar la repulsión electromagnética natural, permitiendo que las partículas colisionen y fusible, liberando inmensas cantidades de energía.

¿Qué hará?

El primer hito será la creación de un reactor termonuclear funcional y autosuficiente, una primicia mundial. Aparte del desarrollo inicial, ITER se ha fijado algunos objetivos.
1) Producir 500 MW de potencia de fusión para pulsos de 400 s
ITER tiene la mira puesta en producir 500MW de potencia, un aumento de 10 veces de su entrada de energía. El objetivo es entonces mantener el plasma durante al menos 400 segundos.

2) Demostrar la operación integrada de tecnologías para una planta de energía de fusión.
ITER se compromete a cerrar la brecha entre los dispositivos de fusión experimentales y un generador funcional, demostrando las capacidades de las plantas de energía de fusión para el futuro. Con el dispositivo masivo, los científicos aún podrán estudiar los plasmas en condiciones similares que se espera encontrar en futuras plantas de energía de fusión.

3) Lograr un plasma de deuterio-tritio en el que la reacción se mantenga mediante calentamiento interno.
Idealmente, una vez que se enciende el dispositivo, los científicos confían en que la máquina seguirá siendo autosuficiente, con la única entrada de energía que se utilizará para alimentar los electroimanes masivos.

4) Prueba de cría de tritio
El tritio, un isótopo radiactivo del hidrógeno, podría ser un componente crítico en el desarrollo de futuras centrales eléctricas. Sin embargo, con una oferta decreciente que ya tiene poca demanda, los primeros generadores deberán demostrar la viabilidad de producir tritio para sostener otros reactores.

5) Demostrar las características de seguridad de un dispositivo de fusión.
En 2012, ITER recibió una licencia como operador nuclear en Francia y se convirtió en el primero en el mundo en haber sido sometido a una gran cantidad de exámenes relacionados con su seguridad. Uno de los principales objetivos del ITER es demostrar que las reacciones de fusión y plasma crearán consecuencias insignificantes para el medio ambiente.

El futuro de / es la fusión

A medida que los seres humanos avanzan hacia el siglo XXI, se está poniendo énfasis en la creación sostenible y respetuosa con el medio ambiente. Con las exitosas pruebas de reactores termonucleares que marcan hitos cada vez más comunes en la generación de fusión, se está volviendo evidente que quizás algún día pronto el mundo dependa una vez más del poder de las estrellas, excepto esta vez, por nuestra propia voluntad. La progresión y el desarrollo de tales reactores siguen siendo prometedores. Es solo cuestión de tiempo antes de que se desarrolle una gran integración de instalaciones funcionales. Sin posibilidad de una fusión nuclear, casi sin desechos radiactivos, y un suministro de energía prácticamente ilimitado proporciona un futuro esperanzador en el que los humanos reducirán significativamente la huella que actualmente se imprime en la Tierra.

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Escrito por Maverick Baker

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