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Fusión nuclear: Futuro prometedor
MINING PRESS/ENERNEWS/ABC

El objetivo es replicar la fuente de energía que alimenta el sistema solar

08/04/2020

ANTONY FUNNELL

Es una carrera nuclear como ninguna otra, que involucra miles de millones de dólares y cientos de científicos de todo el mundo.

Su objetivo es tan ambicioso como monumental: replicar la fuente de energía que alimenta el sistema solar, construyendo efectivamente un mini sol, una masa giratoria de plasma atómico supercalentado tan caliente que solo puede ser contenida por un campo magnético.

El proceso se llama fusión nuclear.

Los científicos creen que si la tecnología de fusión se puede aprovechar con éxito como fuente de energía humana, podría ayudar a salvar al mundo de una futura catástrofe ambiental.

De la visión a la construcción.

Justo a las afueras de la ciudad portuaria de Marsella, en el sur de Francia, se está trabajando en una instalación gigante de prueba de fusión nuclear conocida como ITER - Latina para "el camino".

Su construcción está siendo financiada por una colaboración internacional entre 35 naciones, y se espera que cueste entre $ 27 mil millones y $ 36 mil millones cuando se complete.

Dentro de una enorme cavidad en el sitio de ITER, varias historias en las que trabajan varias personas en medio de andamios en el sitio.

FOTO: LA construcción continúa en el sitio de ITER en Francia. (Suministrado: ITER)

Australia no es miembro del consorcio, pero tiene una relación de investigación con el proyecto que involucra tanto a la ANU como a la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO).

"Se llama el proyecto de ingeniería científica más grande del mundo", dice Richard Garrett de ANSTO.

"El sitio tiene muchas hectáreas. El tokomak mismo, la cámara con forma de rosquilla en la que se confinará el plasma, es simplemente enorme, 100,000 kilómetros de cable superconductor, porque utiliza imanes superconductores para confinar este plasma lo más herméticamente posible".

"Se trata del acero de tres o cuatro torres Eiffel".

"De hecho, creo que la producción mundial de cables superconductores tuvo que incrementarse unas 10 veces para suministrar ITER".

Fabricación de bobinas en forma de D en progreso

FOTO: en Italia se inserta una bobina en forma de D para ITER en una caja de acero estructural fabricada en Japón. (Suministrado: Manuela Schiara y Fabrizio Giraldi / ITER)

Fusión versus fisión

Los reactores nucleares convencionales aprovechan la energía de un proceso llamado fisión, que consiste en dividir el núcleo de un átomo grande.

La fusión nuclear, por otro lado, funciona forzando átomos juntos para liberar energía.

El físico británico David Kingham dice que la tecnología de fusión tiene beneficios significativos sobre su contraparte establecida.

"Las ventajas de la fusión son: sin riesgo de derretimiento, es muy fácil detenerlo de manera segura, sin producción de desechos radiactivos y una muy alta densidad de energía del combustible", dice.

"De alguna manera, la fusión tiene todas las ventajas de la fisión nuclear sin ninguno de los inconvenientes, como el riesgo de fusión o los desechos radiactivos de larga vida".

Pero generar energía a partir de la fusión nuclear ha resultado ser mucho más difícil de lo que los científicos pensaron inicialmente en la década de 1960, cuando se planteó por primera vez como una fuente de energía futura seria.

Los primeros reactores de prueba lograron producir una reacción de fusión, pero no una que fuera sostenible o energéticamente eficiente. En otras palabras, se necesitó más energía para producir la reacción, que la reacción misma producida.

La gente mira un modelo de ITER

FOTO: Un modelo de ITER mostrado en una exposición en China en 2011. (Getty Images: VCG)

ITER se lanzó originalmente en 1985, en medio de grandes expectativas. Su estructura de colaboración fue diseñada para asegurar que todo el mundo eventualmente se beneficie de la tecnología, no solo una o dos naciones.

Pero las etapas iniciales del proyecto fueron problemáticas. La construcción en el sitio no comenzó hasta 2010. E incluso entonces, fue lento para comenzar.

"Creo fundamentalmente que eso nos dice que estas colaboraciones internacionales son bastante difíciles de lograr", dice el profesor Garrett.

"Hace cinco o seis años, ITER no estaba en buena forma. Era tarde, estaba por encima del presupuesto. Pero se estableció una nueva dirección en el proyecto y realmente hicieron que la cosa se moviera en la dirección correcta".

Ahora se espera que los primeros experimentos con plasma comiencen en 2025.

Para que ITER se considere un éxito, según el profesor Garrett, debe demostrar que puede lograr una ganancia de energía de un factor de 10.

"ITER consume 50 megavatios de energía para producir este plasma a 150 millones de grados, y el objetivo es producir 500 megavatios de energía a partir de ese plasma", dice.

"El segundo objetivo es poder mantener esa condición durante muchos minutos a la vez, así que tal vez 10 minutos, hasta una hora, y eso es lo que necesitarías para un reactor de potencia en estado estable".

Escala y manejabilidad

ITER no es la única iniciativa de fusión nuclear en marcha.

Tanto en América del Norte como en el Reino Unido existen numerosos proyectos que operan a menor escala.

Uno de ellos involucra a la compañía Tokamak Energy, cuyo vicepresidente ejecutivo es el Dr. Kingham.

"Creo que los inversores privados pueden ver bases científicas sólidas para el negocio", dice.

Tokamak Energy aún no ha producido una reacción de fusión en sus instalaciones de prueba en Oxfordshire.

Tres hombres elevaron la pasarela mirando un gran dispositivo mecánico redondo que parece estar hecho de metal y cobre.

FOTO: cámara esférica tokamak de Tokamak Energy ST40. (Suministrado: Energía Tokamak)

Pero esa no es la prioridad inmediata, dice el Dr. Kingham.

Los investigadores de la compañía están utilizando una cámara tokamak de forma esférica que esperan que brinde mayores eficiencias que la de forma de rosquilla diseñada para ITER.

 

El objetivo es aumentar la temperatura del plasma durante el proceso de fusión.

Se puede ver un brillo azul dentro del dispositivo esférico tokamak que alberga plasma.

FOTO: Plasma dentro del tokamak esférico ST40 de Tokamak Energy. (Suministrado: Energía Tokamak)

"El próximo gran hito para nosotros es lograr una temperatura de plasma de 100 millones de grados (Celsius)", dice el Dr. Kingham.

Después de eso, deberán demostrar que los imanes superconductores mejorados dentro del tokamak tienen la fuerza necesaria para contener efectivamente el plasma.

El Dr. Kingham espera que ambos hitos se cumplan a fines del próximo año.

Él dice que la compañía necesitará aumentar la inversión adicional necesaria para acelerar el desarrollo de un pequeño dispositivo demostrador de fusión para 2025, el mismo año en que ITER espera comenzar sus pruebas iniciales de plasma.

La Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido también busca superar al ITER en el diseño de su propio reactor de fusión.

Conocida como STEP, la colaboración de investigación UKAEA ha recibido recientemente una inversión de $ 430 millones del gobierno británico.

El interior de metal del ESTE

FOTO: Dentro del Tokamak Superconductor Avanzado Experimental de China (ESTE), denominado "sol artificial". (Suministrado: Instituto de Física de Plasma de la Academia China de Ciencias)

El primer ministro Boris Johnson incluso lo hizo parte de su discurso de reelección durante las elecciones de diciembre.

Al igual que el Dr. Kingham, el jefe de STEP, Howard Wilson, es cautelosamente crítico con el enfoque adoptado por ITER.

"Parece que si sigues esa ruta solo terminarás con una solución muy costosa que no será implementable comercialmente, y es por eso que estamos interesados ​​en innovaciones que reduzcan el costo", dice.

También está de acuerdo con el Dr. Kingham en que un enfoque en el desarrollo de imanes superconductores de alta temperatura es una prioridad.

"Si puede duplicar la intensidad de campo de su dispositivo, reducir el tamaño sustancialmente, se vuelve mucho más barato pero puede producir la misma cantidad de energía", dice.

"Eso realmente marca la diferencia en la implementación comercial de la tecnología. Tenemos que ser competitivos en costos con el petróleo, el gas, el carbón y las energías renovables".

¿Futuro enfocado o locura fantástica?

Los defensores de la fusión nuclear creen que acabará con la dependencia mundial de los combustibles fósiles de una vez y para siempre.

Pero la trampa es que nadie involucrado en la investigación cree que un reactor de fusión nuclear comercialmente viable y completamente operativo estará operando antes de al menos 2050.

Ese hecho ha visto algunas dudas sobre el nivel de inversión financiera, incluido Sir Chris Llewellyn Smith, director de Investigación de Energía de la Universidad de Oxford y ex director general del CERN.

Una vez administró el programa de fusión del Reino Unido, pero hace dos años, en una entrevista con el Centro Simons de Geometría y Física, expresó dudas sobre el ITER y la viabilidad de la industria en general.

"Solía ​​pensar que había una posibilidad razonablemente buena de que la fusión pudiera competir con otras fuentes de energía bajas en carbono, pero aunque no diría que es imposible, la situación ha cambiado", dijo.

 

"El costo de la energía eólica y solar ha disminuido más rápido de lo que cualquiera podría haber soñado. Mientras tanto, ITER ha superado el presupuesto. Los reactores de fusión serán intrínsecamente más caros de lo que pensábamos hace una década".

Células solares y turbinas eólicas en Lusacia, Alemania

FOTO: Las energías renovables como la energía solar y eólica se han vuelto más baratas. (Suministrado: Lothar M Peter)

Argumenta que ITER necesita seguir adelante, pero que se debe realizar una comparación final de costos con las energías renovables antes de comenzar cualquier construcción de un reactor a gran escala.

El Dr. Kingham entiende el argumento, pero cree que la economía a largo plazo todavía tiene sentido.

"El punto con las energías renovables es que la transmisión de energía a gran escala en todo el mundo no será necesariamente factible, y el almacenamiento a gran escala parece prohibitivamente costoso y quizás incluso técnicamente no sea factible", dice.

"Entonces, creo que la fusión a largo plazo se encuentra junto a las energías renovables como parte de la solución baja en carbono que necesitamos desarrollar y desplegar".

Toma aérea muestra la construcción del ITER

FOTO: Una toma aérea de construcción en ITER en Francia. (Suministrado: ITER / EJF Riche)

El profesor Wilson agrega que todas las proyecciones indican que es probable que las necesidades mundiales de energía aumenten dramáticamente a medida que más y más personas salgan de la pobreza en el mundo en desarrollo.

"Incluso ahora, Delhi consume algo así como siete gigavatios de energía", dice.

"Esa es una densidad de potencia muy alta. Es difícil imaginar entregar eso a través del viento y la energía solar".

Argumenta que planificar ahora para los requerimientos de energía masiva del futuro es una política prudente.

"Necesitamos desarrollar tecnologías, de lo contrario todo lo que estamos haciendo es retrasar el problema ... dejando un problema para que la próxima generación intente solucionarlo", dice.

"Fusion es realmente la única forma limpia y confiable de hacerlo. Esa es la brecha que la fusión pretende llenar".


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