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Un nuevo enfoque de la fusión
Fusión general , una startup en Vancouver, Canadá, dice que puede construir un prototipo de planta de energía de fusión en la próxima década y hacerlo por menos de mil millones de dólares. Hasta ahora, ha recaudado 13,5 millones de dólares de inversores públicos y privados para ayudar a poner en marcha su ambicioso esfuerzo.
Pistones de potencia: El reactor de General Fusion es una esfera de metal con 220 pistones neumáticos diseñados para embestir su superficie simultáneamente. La embestida crea una onda acústica que viaja a través de un líquido de plomo-litio y eventualmente acelera hacia el centro en una onda de choque. La onda de choque comprime un objetivo de plasma, llamado spheromak, para desencadenar una explosión de fusión. La energía térmica se extrae con un intercambiador de calor y se utiliza para crear vapor para la generación de electricidad. Para producir energía, el proceso se repetiría cada segundo.
A diferencia de los $ 14 mil millones ITER En marcha en Francia, el enfoque de General Fusion no se basa en costosos imanes superconductores, llamados tokamaks, para contener el plasma sobrecalentado necesario para lograr y mantener una reacción de fusión. La empresa tampoco requiere láseres potentes, como los que se encuentran en el Instalación Nacional de Ignición en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, para confinar un objetivo de plasma y comprimirlo a temperaturas extremas hasta que se produzca la fusión.
En cambio, General Fusion dice que puede lograr una ganancia neta, es decir, crear una reacción de fusión que emite más energía de la necesaria para desencadenarla, utilizando fuerza bruta mecánica de tecnología relativamente baja y tecnologías de control digital avanzadas con las que los científicos solo podrían soñar. Hace 30 años.
Puede parecer inverosímil, pero algunos de los principales expertos en fusión de EE. UU. Dicen que el enfoque de General Fusion, que es una variación de lo que la industria llama fusión objetivo magnetizado , es científicamente sólido y podría funcionar. Es una posibilidad remota, dicen, pero vale la pena intentarlo.
Los estoy apoyando, dice Ken Fowler , profesor emérito de ingeniería nuclear y física del plasma en la Universidad de California, Berkeley, y una autoridad líder en el diseño de reactores de fusión. Ha analizado el enfoque y no ha encontrado obstáculos técnicos. Quizás estos tipos puedan hacerlo. Realmente es suerte del sorteo.
El reactor prototipo estará compuesto por una esfera metálica de unos tres metros de diámetro que contiene una mezcla líquida de litio y plomo. El líquido se hace girar para crear un vórtice dentro de la esfera que forma una cavidad vertical en el medio. En este punto, dos anillos de plasma en forma de rosquilla unidos por campos magnéticos autogenerados, llamados spheromaks, se inyectan en la cavidad desde la parte superior e inferior de la esfera y se unen para crear un objetivo en el centro. Piense en ello como si se lanzaran anillos de humo el uno al otro, dice Doug Richardson, director ejecutivo de General Fusion.
En el exterior de la esfera de metal hay 220 pistones controlados neumáticamente, cada uno programado para embestir simultáneamente la superficie de la esfera a 100 metros por segundo. La fuerza de los pistones envía una onda acústica a través de la mezcla de plomo y litio, que se acelera hasta convertirse en una onda de choque cuando llega al plasma, que está compuesto por los isótopos de hidrógeno deuterio y tritio.
Si todo funciona según lo planeado, el plasma se comprimirá instantáneamente y los isótopos se fusionarán en helio, liberando una ráfaga de neutrones llenos de energía que son capturados por el líquido de plomo-litio. La rápida acumulación de calor en el líquido se extraerá a través de un intercambiador de calor, y la mitad se usará para crear vapor que hace girar una turbina para generar energía, y el resto se usará para recargar los pistones para el siguiente disparo.
El objetivo final es inyectar un nuevo objetivo de plasma y disparar los pistones cada segundo, creando pulsos de reacciones de fusión como parte de un proceso autosostenible. Esto contrasta con ITER, que tiene como objetivo crear una única reacción de fusión que pueda sostenerse por sí misma. Uno de los grandes riesgos para el proyecto es que nadie antes había comprimido spheromaks a condiciones relevantes para la fusión, dice Richardson. No hay ninguna razón por la que no funcione, pero nadie lo ha probado nunca.
Dice que parece más largo de lo esperado recaudar el dinero para el proyecto del prototipo, pero la empresa ahora puede iniciar la primera fase de construcción del reactor de prueba, incluido el desarrollo de simulaciones 3D y la verificación técnica de los componentes. General Fusion tiene como objetivo completar el reactor y demostrar una ganancia neta dentro de cinco años, asumiendo que puede recaudar otros $ 37 millones.
Si tiene éxito, cree que puede construir un reactor de fusión con capacidad de red con una potencia de 100 megavatios cuatro años después por unos 500 millones de dólares, superando al ITER en unos 20 años y por una fracción del coste.
Por lo general, paso por alto estas ideas extravagantes que se me ocurren, pero esta realmente me fascinó, dice Fowler. Señala que hay inmensos desafíos que superar, pero la cultura de una startup privada puede ser lo que se necesita para abordarlos con un sentido de urgencia. En los grandes programas, especialmente en los de fusión, la gente ha sido golpeada tanto que se ha vuelto tan reacia al riesgo.
El enfoque básico de General Fusion no es completamente nuevo. Se basa en el trabajo realizado durante la década de 1980 por el Laboratorio de Investigación Naval de los EE. UU., Basado en un concepto llamado Linus. El problema era que los científicos no podían encontrar una forma lo suficientemente rápida de comprimir el plasma antes de que perdiera su confinamiento magnético en forma de rosquilla, una ventana de oportunidad medida en milisegundos. Al igual que los anillos de humo, los anillos de plasma mantienen su forma solo momentáneamente antes de dispersarse.
Más tarde, al gigante de la investigación nuclear General Atomics se le ocurrió la idea de comprimir rápidamente el plasma mediante un proceso de apisonamiento mecánico que crea ondas acústicas. Pero la compañía nunca cumplió, probablemente porque la tecnología para controlar con precisión la velocidad y el disparo simultáneo de los pistones de aire comprimido simplemente no existía hace dos décadas.
Richardson dice que el procesamiento digital de alta velocidad está disponible hoy en día, y la misión de General Fusion durante los próximos dos a cuatro años es demostrar que puede hacer el trabajo. Antes de construir un reactor completamente funcional con 220 pistones en una esfera de metal, la compañía verificará primero que los anillos más pequeños de 24 pistones se puedan sincronizar para golpear una carcasa metálica exterior.
Glen Were , gerente del programa de ciencias de la energía de fusión en el Laboratorio Nacional de Los Alamos y experto en fusión de objetivos magnetizados, dice que General Fusion tiene un camino desafiante por delante y muchas preguntas que responder definitivamente. ¿Pueden producir spheromaks con las densidades, temperatura y vida útil adecuadas? ¿Pueden inyectar dos spheromaks en los extremos opuestos de la cavidad del vórtice y asegurarse de que colisionen y se fusionen? ¿Viajarán las ondas acústicas uniformemente a través del metal líquido?
Puede hacer una buena cantidad a través de simulaciones, pero no todo, dice Wurden. Todo esto es un trabajo muy complejo y de vanguardia. El problema es que estás lidiando con diferentes escalas de tiempo y diferentes efectos en los materiales cuando están expuestos a ondas de choque.
Los Alamos y General Fusion están colaborando como parte de un proyecto recientemente firmado Acuerdo de investigación . Pero Richardson no está planeando un viaje tranquilo. El proyecto tiene muchos riesgos, dice, y esperamos que la mayoría no funcione exactamente como se esperaba. Sin embargo, si la compañía puede llevar a cabo su reactor de prueba, espera atraer suficiente atención para recaudar fácilmente los $ 500 millones para una planta de energía de demostración.
Dice Fowler, los milagros ocurren.