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Finalmente, Fusion da pequeños pasos hacia la realidad
Después de tres décadas de costosas investigaciones financiadas por el gobierno que no han logrado producir avances tangibles, la fusión nuclear ha pasado de ser una fuente prometedora de poder efectivamente ilimitado a algo más parecido a un chiste.
Sin embargo, en el último año, eso ha comenzado a cambiar. Varias empresas de financiación privada y pequeños grupos de investigación universitarios que buscan diseños novedosos de reactores de fusión han obtenido resultados prometedores que podrían acortar el plazo de producción de una máquina prototipo de décadas a varios años. La generación de energía comercial a partir de la fusión aún está muy lejos, pero ahora se pueden percibir los contornos de un reactor de este tipo.
La investigación de fusión tradicional se ha centrado en grandes máquinas con forma de rosquilla llamadas tokamaks, que ejercen poderosos campos magnéticos para comprimir plasma a alta temperatura: bolas turbulentas de partículas cargadas que se fusionan para formar helio, liberando grandes cantidades de energía en el proceso. El desafío es contener el plasma caliente y mantenerlo estable; los reactores de fusión de hoy, como el del Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER) en el sur de Francia, utiliza bobinas gigantes de electroimanes que consumen mucha más energía de la que la máquina realmente produce. Se prevé que ITER (se pronuncia eater), que atrae a científicos y fondos de China, la Unión Europea, India, Rusia, Japón, Corea del Sur y los Estados Unidos, cueste decenas de miles de millones de dólares para producir un reactor en funcionamiento en algún momento de la década de 2030. . Quizás.
Dos desarrollos recientes, que ofrecen caminos nuevos y más rápidos hacia los reactores de fusión que producen energía, han galvanizado a la comunidad de fusión. Tri Alpha Energy, con sede en Foothill Ranch, California, dijo a principios de agosto que logró mantener estable un plasma de alta energía durante cinco milisegundos, mucho menos que un abrir y cerrar de ojos, pero media eternidad en la escala de las reacciones de fusión. , según el director de tecnología Michl Binderbauer.
Tri Alpha, dice Binderbauer, está aplicando los principios de los aceleradores de partículas de alta energía, como el Gran Colisionador de Hadrones, para resolver los problemas de los reactores de fusión. Específicamente, el equipo ha construido un dispositivo, de 23 metros de largo, que dispara dos nubes de plasma entre sí para formar un anillo de plasma. El campo magnético que mantiene unido el anillo es generado por el propio plasma, una técnica conocida como configuración de campo invertido. El plasma es sostenido por la inyección de partículas de alta energía de los aceleradores.
El desafío para el diseño de Tri Alpha, dice Binderbauer, es lo suficientemente caliente y lo suficientemente largo, manteniendo el plasma estable a una temperatura lo suficientemente alta para lograr una fusión de energía positiva. El experimento reciente indicó que la compañía, que ha atraído millones de dólares en fondos de inversionistas como Goldman Sachs y Vulcan, el fondo de inversión del cofundador de Microsoft, Paul Allen, ha resuelto el problema durante mucho tiempo. Hacer que el plasma se caliente lo suficiente es el siguiente desafío clave. El próximo año, Tri Alpha comenzará a construir una versión nueva y más poderosa de su dispositivo experimental para probar el proceso a temperaturas más altas.
en el MIT Centro de Ciencia y Fusión de Plasma , un grupo encabezado por Dennis Whyte, profesor de ciencia e ingeniería nuclear y director del centro, y el estudiante graduado Brandon Sorbom publicaron un diseño conceptual en julio para una máquina llamada el reactor ARC (asequible, robusto, compacto). La novedad del diseño ARC es la naturaleza de los electroimanes que confinan el plasma. Usando cintas superconductoras flexibles recientemente desarrolladas hechas de óxido de cobre y bario de tierras raras, el reactor ARC puede lograr campos magnéticos con una amplitud mucho mayor, lo que permite un diseño de reactor mucho más pequeño que otras máquinas basadas en tokamak. Los investigadores también prevén una capa líquida que rodea el plasma que absorberá los neutrones sin dañarlo y proporcionará un medio de intercambio de calor eficiente para producir electricidad.
Aumentar la amplitud del campo magnético circundante eleva la cantidad de energía de fusión producida en el plasma a la cuarta potencia, un aumento espectacular que podría conducir a un prototipo comercial en cuestión de años, según Whyte.
Es bien sabido que puedes hacer dispositivos muy compactos si elevas el campo magnético a niveles muy altos, dice, pero los electroimanes tenían que ser de cobre; ningún superconductor podría tolerar ese campo magnético. Ahora, el advenimiento de cintas superconductoras avanzadas podría permitir un reactor compacto que produce fusión continuamente.
Publicado en Ingeniería y diseño de fusión , el documento del reactor ARC enfatiza que, por el momento, es solo un diseño conceptual. Whyte espera atraer fondos para construir una máquina experimental en los próximos años. Mientras tanto, un puñado de empresas privadas, incluidas no solo Tri Alpha, sino también Energía Tokamak , con sede en Inglaterra, y con sede en Vancouver Fusión general , están trabajando en diseños relacionados pero diferentes para llevar la fusión a la etapa de prototipo (ver Un nuevo enfoque de la fusión).
Nos estamos acercando a las máquinas que funcionan, dice Michel Laberge, fundador y científico jefe de General Fusion. Durante muchos años, la investigación de la fusión fue el ámbito de los grandes laboratorios gubernamentales que hicieron un gran trabajo y establecieron las bases para que la fusión funcionara. Pero no había un gran sentido de urgencia.
Ahora ha aumentado la urgencia y estas empresas están probando nuevas ideas y nuevos enfoques, y atrayendo la inversión para hacerlo. General Fusion obtuvo recientemente $ 27 millones en nuevos fondos de un grupo de inversores liderado por el fondo de riqueza soberana de Malasia.
Ahora mismo lo que está pasando es un replanteamiento, dice Burton Richter , quien ganó el Premio Nobel de física en 1976 y es asesor de Tri Alpha. Los recortes presupuestarios en la década de 1990 forzaron el cierre de enfoques alternativos fuera de ITER y la Instalación Nacional de Ignición del Departamento de Energía de EE. UU. Empresas como Tri Alpha ofrecen un camino hacia la fusión pavimentado no con dólares de los contribuyentes sino con dinero del sector privado, que en última instancia es la única forma de construir algo.
Jonathan Menard, físico de plasma en el Laboratorio de Física de Plasma de Princeton, dirige el Experimento nacional del toro esférico , que persigue un tokamak con forma de pelota de playa en lugar de donut. Menard, cuyo propio programa completó recientemente una actualización de $94 millones de su máquina experimental, ha seguido de cerca los desarrollos con los esfuerzos de Tri Alpha y ARC y cree que estas innovaciones deben continuar.
Sin embargo, con la cautela de un científico de fusión veterano, recomienda precaución: hasta que no lo construyas, no lo sabrás con seguridad.