E a fusión?

Os informes a finais do ano pasado sobre a construción dun reactor de síntese por parte de especialistas chineses parecían sensacionales (1). Os medios estatais de China informaron de que a instalación HL-2M, situada nun centro de investigación en Chengdu, estará operativa en 2020. O ton dos medios de comunicación indicaba que o tema do acceso á enerxía inesgotable da fusión termonuclear estaba resolto para sempre.

Unha ollada máis atenta aos detalles axuda a arrefriar o optimismo.

Nowy aparello tipo tokamak, cun deseño máis avanzado que os coñecidos ata agora, debería xerar plasma con temperaturas superiores aos 200 millóns de graos centígrados. Así o anunciou nun comunicado de prensa o xefe do Instituto de Física do Suroeste da Corporación Nuclear Nacional de China, Duan Xiuru. O dispositivo proporcionará soporte técnico aos chineses que traballan no proxecto Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER)así como a construción.

Entón creo que aínda non é unha revolución enerxética, aínda que foi creada polos chineses. reactor KhL-2M ata agora se sabe pouco. Non sabemos cal é a potencia térmica proxectada deste reactor nin que niveis de enerxía son necesarios para levar a cabo unha reacción de fusión nuclear nel. Non sabemos o máis importante: é o reactor de fusión chinés un deseño cun balance enerxético positivo, ou é só outro reactor de fusión experimental que permite unha reacción de fusión, pero que ao mesmo tempo require máis enerxía para a "ignición" que o enerxía que se pode obter como resultado das reaccións.

Esforzo internacional

China, xunto coa Unión Europea, Estados Unidos, India, Xapón, Corea do Sur e Rusia, son membros do programa ITER. Este é o máis caro dos actuais proxectos de investigación internacionais financiados polos países anteriormente mencionados, custando uns 20 millóns de dólares. Foi inaugurado como resultado da cooperación entre os gobernos de Mikhail Gorbachev e Ronald Reagan durante a Guerra Fría, e moitos anos despois foi incluído nun tratado asinado por todos estes países en 2006.

2. No lugar de construción do tokamak ITER

O proxecto ITER en Cadarache, no sur de Francia (2), está a desenvolver o tokamak máis grande do mundo, é dicir, unha cámara de plasma que debe ser domesticada mediante un potente campo magnético xerado por electroimáns. Este invento foi desenvolvido pola Unión Soviética nos anos 50 e 60. Xerente de proxecto, Lavan Koblenz, anunciou que a organización debería recibir o "primeiro plasma" en decembro de 2025. ITER debería soportar unha reacción termonuclear para unhas 1 persoas cada vez. segundos, collendo forza 500-1100 MW. A modo de comparación, o tokamak británico máis grande ata a data, JET (toro europeo conxunto), mantén unha reacción durante varias decenas de segundos e gaña forza ata 16 MW. A enerxía deste reactor liberarase en forma de calor; non se supón que se converta en electricidade. A subministración de enerxía de fusión á rede está fóra de cuestión xa que o proxecto é só para fins de investigación. Só sobre a base do ITER se construirá a futura xeración de reactores termonucleares, chegando á potencia 3-4 mil. MW.

A principal razón pola que as centrais normais de fusión aínda non existen (a pesar de máis de sesenta anos de extensa e custosa investigación) é a dificultade de controlar e "xestionar" o comportamento do plasma. Non obstante, anos de experimentación deron moitos descubrimentos valiosos, e hoxe a enerxía de fusión parece máis próxima que nunca.

Engade helio-3, mestura e quenta

ITER é o foco principal da investigación global de fusión, pero moitos centros de investigación, empresas e laboratorios militares tamén están a traballar noutros proxectos de fusión que se desvían do enfoque clásico.

Por exemplo, realizado nos últimos anos en do Instituto Tecnolóxico de Massachusetts experimentos con Helem-3 no tokamak deu resultados emocionantes, incluíndo aumento de dez veces da enerxía ión de plasma. Científicos que realizan experimentos co tokamak C-Mod do Instituto Tecnolóxico de Massachusetts, xunto con especialistas de Bélxica e Reino Unido, desenvolveron un novo tipo de combustible termonuclear que contén tres tipos de ións. Equipo Alcatel C-Mod (3) realizou un estudo en setembro de 2016, pero os datos destes experimentos só se analizaron recentemente, revelando un enorme aumento da enerxía do plasma. Os resultados foron tan alentadores que os científicos que dirixían o maior laboratorio de fusión operativo do mundo, JET, no Reino Unido, decidiron repetir os experimentos. Conseguiuse o mesmo aumento da enerxía. Os resultados do estudo publícanse na revista Nature Physics.

3. Tokamak Alcator C-Mod en funcionamento

A clave para mellorar a eficiencia do combustible nuclear foi a adición de trazas de helio-3, un isótopo estable de helio, cun neutrón en lugar de dous. O combustible nuclear utilizado no método Alcator C contiña anteriormente só dous tipos de ións, deuterio e hidróxeno. O deuterio, un isótopo estable do hidróxeno cun neutrón no núcleo (a diferenza do hidróxeno sen neutróns), constitúe preto do 95% do combustible. Científicos do Centro de Investigación do Plasma e do Instituto Tecnolóxico de Massachusetts (PSFC) utilizaron un proceso chamado Calefacción por RF. As antenas xunto ao tokamak usan unha radiofrecuencia específica para excitar as partículas, e as ondas calibráronse para "dirixirse" aos ións de hidróxeno. Dado que o hidróxeno constitúe unha pequena fracción da densidade total do combustible, concentrar só unha pequena fracción dos ións no quecemento permite alcanzar niveis de enerxía extremos. Ademais, os ións de hidróxeno estimulados pasan aos ións deuterio que predominan na mestura, e as partículas formadas deste xeito entran na capa exterior do reactor, liberando calor.

A eficiencia deste proceso aumenta cando se engaden á mestura ións de helio-3 nunha cantidade inferior ao 1%. Ao concentrar todo o quecemento de radio nunha pequena cantidade de helio-3, os científicos elevaron a enerxía dos ións a megaelectronvoltios (MeV).

Primeiro en chegar - primeiro servido Equivalente en ruso: Comer hóspede e óso tarde

Houbo moitos desenvolvementos no mundo do traballo de fusión controlada nos últimos anos que reavivaron as esperanzas dos científicos e de todos nós de chegar por fin ao "Santo Grial" da enerxía.

Os bos sinais inclúen, entre outros, os descubrimentos do Laboratorio de Física do Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Enerxía dos Estados Unidos (DOE). As ondas de radio utilizáronse con gran éxito para reducir significativamente as chamadas perturbacións do plasma, que poden ser cruciais no proceso de "vestir" as reaccións termonucleares. O mesmo equipo de investigación informou en marzo de 2019 dun experimento de tokamak de litio no que as paredes internas do reactor de proba estaban recubertas con litio, un material moi coñecido das baterías de uso común en electrónica. Os científicos sinalaron que o revestimento de litio das paredes do reactor absorbe partículas de plasma dispersas, evitando que se reflictan á nube de plasma e interfiran coas reaccións termonucleares.

4. Visualización do proxecto TAE Technologies

Os estudosos das principais institucións científicas respetables ata convertéronse en optimistas cautos nas súas declaracións. Recentemente, tamén houbo un enorme aumento do interese polas técnicas de fusión controlada no sector privado. En 2018, Lockheed Martin anunciou un plan para desenvolver un prototipo de reactor de fusión compacto (CFR) na próxima década. Se a tecnoloxía na que traballa a empresa funciona, un dispositivo do tamaño dun camión poderá proporcionar electricidade suficiente para satisfacer as necesidades dun dispositivo de 100 metros cadrados. habitantes da cidade.

Outras empresas e centros de investigación compiten para ver quen pode construír o primeiro reactor de fusión real, incluíndo TAE Technologies e o Instituto Tecnolóxico de Massachusetts. Incluso Jeff Bezos de Amazon e Bill Gates de Microsoft implicáronse recentemente en proxectos de fusión. NBC News contou recentemente dezasete pequenas empresas só de fusión nos Estados Unidos. Startups como General Fusion ou Commonwealth Fusion Systems están a centrarse en reactores máis pequenos baseados en supercondutores innovadores.

O concepto de “fusión en frío” e alternativas aos grandes reactores, non só tokamaks, senón tamén os chamados. estelares, cun deseño lixeiramente diferente, construído incluso en Alemaña. Tamén continúa a procura dun enfoque diferente. Un exemplo diso é un dispositivo chamado pinza Z, construído por científicos da Universidade de Washington e descrito nun dos últimos números da revista Physics World. O Z-pinch funciona atrapando e comprimindo o plasma nun potente campo magnético. No experimento, foi posible estabilizar o plasma durante 16 microsegundos, e a reacción de fusión continuou durante aproximadamente un terzo deste tempo. A demostración debía demostrar que a síntese a pequena escala é posible, aínda que moitos científicos aínda teñen serias dúbidas sobre isto.

Pola súa banda, grazas ao apoio de Google e doutros investidores en tecnoloxía avanzada, a empresa californiana TAE Technologies utiliza un método diferente ao típico dos experimentos de fusión. mestura de combustible de boro, que foron utilizados para desenvolver reactores máis pequenos e máis baratos, inicialmente co propósito do chamado motor foguete de fusión. Un prototipo de reactor de fusión cilíndrico (4) con contrafeis (CBFR), que quenta gas hidróxeno para formar dous aneis de plasma. Combínanse con feixes de partículas inertes e mantéñense nese estado, o que debería aumentar a enerxía e a durabilidade do plasma.

Outra startup de fusión General Fusion da provincia canadense de Columbia Británica goza do apoio do propio Jeff Bezos. En pocas palabras, o seu concepto é inxectar plasma quente nunha bola de metal líquido (unha mestura de litio e chumbo) dentro dunha bola de aceiro, despois do cal o plasma é comprimido por pistóns, de forma similar a un motor diésel. A presión creada debería levar á fusión, que liberará unha enorme cantidade de enerxía para alimentar as turbinas dun novo tipo de central eléctrica. Mike Delage, director de tecnoloxía de General Fusion, di que a fusión nuclear comercial podería debutar en dez anos.

5. Ilustración dunha patente termonuclear da Mariña dos EUA.

Recentemente, a Mariña dos Estados Unidos tamén presentou unha patente para un "dispositivo de fusión de plasma". A patente fala de campos magnéticos para crear "vibración acelerada" (5). A idea é construír reactores de fusión o suficientemente pequenos como para ser portátiles. Nin que dicir ten que esta solicitude de patente foi recibida con escepticismo.