Los científicos de un laboratorio en Inglaterra rompieron un récord de energía nuclear producida durante una reacción de fusión sostenida y controlada. Este se enmarca dentro del experimento Joint European Torus, o JET, en el que se produjeron 59 megajulios de energía durante cinco segundos.
El resultado de JET demuestra avances notables en la comprensión de la física de la fusión. Pero además, muestra que los nuevos materiales utilizados para construir las paredes internas del reactor de fusión actuaron según lo previsto. Que los muros hayan funcionado tan bien deja una esperanza para el futuro de la energía nuclear.
JET y el experimento que produjo energía nuclear con fusión sostenida y controlada
La fusión nuclear es la fusión de dos núcleos atómicos en un núcleo compuesto. Este núcleo luego se rompe y libera energía en forma de nuevos átomos y partículas que se alejan rápidamente de la reacción. Una planta de energía de fusión captura las partículas que escapan y usa su energía para generar electricidad.
Hay algunas formas diferentes de controlar con seguridad la fusión en la Tierra. En esta investigación los científicos utilizaron el enfoque adoptado por JET. Este se basa en utilizar potentes campos magnéticos para atraer átomos y calentarlos a una temperatura muy alta para que se fusionen.
El combustible para los reactores actuales y futuros son dos isótopos diferentes de hidrógeno. Eso significa que tienen un protón, pero diferentes números de neutrones, llamados deuterio y tritio. El hidrógeno normal tiene un protón y ningún neutrón en su núcleo. El deuterio tiene un protón y un neutrón, mientras que el tritio tiene un protón y dos neutrones.
Para que una reacción de fusión tenga éxito, los átomos de combustible primero deben calentarse tanto que los electrones se liberen de los núcleos. Esto crea plasma, una colección de iones y electrones positivos. Luego debe seguir calentando ese plasma hasta que alcance una temperatura de más de 100 millones de grados Celsius. Luego, este plasma debe mantenerse en un espacio confinado a altas densidades durante un período de tiempo largo. Esto se hace con el fin de que los átomos de combustible choquen entre sí y se fusionen .
Los dispositivos tokamaks
En este experimento de reacción de fusión, los investigadores desarrollaron dispositivos con forma de rosquilla, llamados tokamaks. Dichos dispositivos usan campos magnéticos para contener el plasma. Las líneas de campo magnético que envuelven el interior de la rosquilla actúan como las vías del tren que siguen los iones y los electrones. Al inyectar energía en el plasma y calentarlo, es posible acelerar las partículas de combustible a velocidades muy altas. Al chocar, en lugar de rebotar entre sí, los núcleos de combustible se fusionan. Cuando esto sucede, liberan energía, principalmente en forma de neutrones que se mueven rápidamente.
Durante el proceso de fusión, las partículas de combustible se alejan del núcleo denso y caliente y finalmente chocan contra la pared interna del contenedor. Para evitar que las paredes se degraden debido a estas colisiones, los reactores se construyen de modo que canalicen las partículas hacia una cámara blindada llamada desviador. Esto bombea las partículas desviadas y elimina el exceso de calor para proteger el tokamak.
La importancia de las paredes del reactor de fusión
Una limitación importante de los reactores anteriores ha sido el hecho de que los desviadores no pueden sobrevivir al bombardeo constante de partículas. Para hacer que la energía de fusión funcione comercialmente, los ingenieros deben construir un recipiente tokamak que sobreviva muchos años de uso.
La pared del desviador es la primera consideración. Anteriormente, el desviador de JET tenía una pared hecha de grafito, pero el grafito absorbe y atrapa demasiado combustible para un uso práctico.
Alrededor de 2011, los ingenieros de JET actualizaron el desviador y las paredes internas del recipiente a tungsteno. Se eligió el tungsteno porque tiene el punto de fusión más alto de cualquier metal. Este es un rasgo importante ya que las cargas de calor son 10 veces más altas que las que soporta un transbordador espacial que vuelve a entrar en la atmósfera terrestre.
La pared interior del recipiente del tokamak se actualizó de grafito a berilio. El berilio tiene excelentes propiedades térmicas y mecánicas para un reactor de fusión. Dicho elemento absorbe menos combustible que el grafito pero aún puede soportar las altas temperaturas.
Próxima generación de reactores
JET es una exitosa prueba de cómo construir la próxima generación de reactores de fusión. El próximo experimento será ITER que comenzará a operar en 2027. ITER, que en latín significa “el camino”, está en construcción en Francia. El experimento recibe la financiación y la dirección de una organización internacional que incluye a los EE. UU.
ITER va a poner en práctica muchos de los avances materiales que JET demostró que son viables. Pero también hay algunas diferencias clave. Primero, ITER es masivo. Se espera que ITER supere los récords de fusión de JET, tanto en la producción de energía como en la duración de la reacción. También se espera que ITER produzca más energía de la que se necesita para calentar el combustible.
El historial reciente de JET ha demostrado que años de investigación han valido la pena y han llevado a los científicos al umbral de aprovechar la fusión sostenida para la generación de energía nuclear. ITER proporcionará un enorme salto hacia el objetivo de las plantas de energía de fusión a escala industrial.
Referencias:
Nuclear fusion hit a milestone thanks to better reactor walls – this engineering advance is building toward reactors of the future: https://theconversation.com/nuclear-fusion-hit-a-milestone-thanks-to-better-reactor-walls-this-engineering-advance-is-building-toward-reactors-of-the-future-178870
The Dream of Nuclear Fusion Is Now Closer to Reality. Here’s Why: https://www.sciencealert.com/the-dream-of-nuclear-fusion-is-now-closer-to-reality-two-scientists-explain-why
