{"id":26892,"date":"2022-04-19T09:02:21","date_gmt":"2022-04-19T15:02:21","guid":{"rendered":"https:\/\/otech.uaeh.edu.mx\/noti\/?p=26892"},"modified":"2022-04-19T09:02:21","modified_gmt":"2022-04-19T15:02:21","slug":"la-fusion-nuclear-alcanza-un-hito-gracias-a-mejores-paredes-de-reactores","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/otech.uaeh.edu.mx\/noti\/tech\/la-fusion-nuclear-alcanza-un-hito-gracias-a-mejores-paredes-de-reactores\/","title":{"rendered":"La fusi\u00f3n nuclear alcanza un hito gracias a mejores paredes de reactores"},"content":{"rendered":"

Los cient\u00edficos de un laboratorio en Inglaterra rompieron el r\u00e9cord de la cantidad de energ\u00eda producida durante una reacci\u00f3n de fusi\u00f3n sostenida y controlada.\u00a0La producci\u00f3n de\u00a059 megajulios de energ\u00eda durante cinco segundos<\/a>\u00a0en el experimento Joint European Torus (JET) en Inglaterra ha sido\u00a0calificada como “un gran avance” por algunos medios de comunicaci\u00f3n<\/a>\u00a0y caus\u00f3 gran entusiasmo entre los f\u00edsicos.\u00a0Pero una l\u00ednea com\u00fan con respecto a\u00a0la producci\u00f3n de electricidad de fusi\u00f3n<\/a>\u00a0es que \u201c\u00a0siempre est\u00e1 a 20 a\u00f1os de distancia<\/a>\u00a0\u201d.<\/span><\/p>\n

Somos un\u00a0f\u00edsico nuclear<\/a>\u00a0y un\u00a0ingeniero nuclear<\/a>\u00a0que estudiamos c\u00f3mo desarrollar la fusi\u00f3n nuclear controlada con el fin de generar electricidad.<\/span><\/p>\n

El resultado de JET demuestra avances notables en la comprensi\u00f3n de la f\u00edsica de la fusi\u00f3n.\u00a0Pero igual de importante, muestra que los nuevos materiales utilizados para construir las paredes internas del reactor de fusi\u00f3n funcionaron seg\u00fan lo previsto.\u00a0El hecho de que la construcci\u00f3n del nuevo muro haya funcionado tan bien es lo que separa estos resultados de hitos anteriores y eleva la fusi\u00f3n magn\u00e9tica\u00a0de un sue\u00f1o<\/a>\u00a0a una realidad.<\/span><\/p>\n

\n
\"Un<\/a><\/span>
Los reactores de fusi\u00f3n aplastan dos formas de hidr\u00f3geno (arriba) para que se fusionen, produciendo helio y un electr\u00f3n de alta energ\u00eda (abajo).\u00a0Wykis\/WikimediaCommons<\/em><\/span><\/figcaption><\/figure>
<\/figcaption><\/figure>\n

Fusi\u00f3n de part\u00edculas juntas<\/span><\/h3>\n

La fusi\u00f3n nuclear es la fusi\u00f3n de dos n\u00facleos at\u00f3micos en un n\u00facleo compuesto.\u00a0Este n\u00facleo luego se rompe y libera energ\u00eda en forma de nuevos \u00e1tomos y part\u00edculas que se alejan r\u00e1pidamente de la reacci\u00f3n.\u00a0Una planta de energ\u00eda de fusi\u00f3n capturar\u00eda las part\u00edculas que escapan y usar\u00eda su energ\u00eda para generar electricidad.<\/span><\/p>\n

Hay algunas\u00a0formas diferentes de controlar con seguridad la fusi\u00f3n en la Tierra<\/a>\u00a0.\u00a0Nuestra investigaci\u00f3n se centra en el enfoque adoptado por JET: usar\u00a0campos magn\u00e9ticos potentes para confinar \u00e1tomos<\/a>\u00a0hasta que se calientan a una temperatura lo suficientemente alta como para que se fusionen.<\/span><\/p>\n

El combustible para los reactores actuales y futuros son dos is\u00f3topos diferentes de hidr\u00f3geno, lo que significa que tienen un prot\u00f3n, pero diferentes n\u00fameros de neutrones, llamados\u00a0deuterio y tritio<\/a>\u00a0.\u00a0El hidr\u00f3geno normal tiene un prot\u00f3n y ning\u00fan neutr\u00f3n en su n\u00facleo.\u00a0El deuterio tiene un prot\u00f3n y un neutr\u00f3n, mientras que el tritio tiene un prot\u00f3n y dos neutrones.<\/span><\/p>\n

Para que una reacci\u00f3n de fusi\u00f3n tenga \u00e9xito, los \u00e1tomos de combustible primero deben calentarse tanto que los electrones se liberen de los n\u00facleos.\u00a0Esto crea plasma, una colecci\u00f3n de iones y electrones positivos.\u00a0Luego debe seguir calentando ese plasma hasta que alcance una temperatura de m\u00e1s de 200 millones de grados Fahrenheit (100 millones de Celsius).\u00a0Este plasma debe mantenerse en un espacio confinado a altas densidades durante un per\u00edodo de tiempo lo suficientemente largo para que los\u00a0\u00e1tomos de combustible choquen entre s\u00ed y se fusionen<\/a>\u00a0.<\/span><\/p>\n

Para controlar la fusi\u00f3n en la Tierra, los investigadores desarrollaron dispositivos con forma de rosquilla,\u00a0llamados tokamaks<\/a>\u00a0, que usan campos magn\u00e9ticos para contener el plasma.\u00a0Las l\u00edneas de campo magn\u00e9tico que envuelven el interior de la rosquilla act\u00faan como\u00a0las v\u00edas del tren que siguen los iones y los electrones<\/a>\u00a0.\u00a0Al inyectar energ\u00eda en el plasma y calentarlo, es posible acelerar las part\u00edculas de combustible a velocidades tan altas que cuando chocan, en lugar de rebotar entre s\u00ed, los n\u00facleos de combustible se fusionan.\u00a0Cuando esto sucede, liberan energ\u00eda,\u00a0principalmente en forma de neutrones que se mueven r\u00e1pidamente<\/a>\u00a0.<\/span><\/p>\n

Durante el proceso de fusi\u00f3n, las part\u00edculas de combustible se alejan gradualmente del n\u00facleo denso y caliente y finalmente chocan con la pared interna del recipiente de fusi\u00f3n.\u00a0Para evitar que las paredes se degraden debido a estas colisiones, que a su vez tambi\u00e9n contaminan el combustible de fusi\u00f3n, los reactores se construyen de modo que canalicen las part\u00edculas descarriadas hacia una c\u00e1mara fuertemente blindada llamada desviador.\u00a0Esto bombea las part\u00edculas desviadas y elimina el exceso de calor para proteger el tokamak.<\/span><\/p>\n

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\"Una<\/a><\/span>
El experimento de fusi\u00f3n magn\u00e9tica JET es el tokamak m\u00e1s grande del mundo.\u00a0EFDAJET\/WikimediaCommons, CC BY-SA<\/em><\/span><\/figcaption><\/figure>\n<\/figure>\n

Las paredes son importantes<\/span><\/h3>\n

Una limitaci\u00f3n importante de los reactores anteriores ha sido el hecho de que los desviadores no pueden sobrevivir al bombardeo constante de part\u00edculas durante m\u00e1s de unos pocos segundos.\u00a0Para hacer que la energ\u00eda de fusi\u00f3n funcione comercialmente, los ingenieros deben construir un recipiente tokamak que sobreviva durante a\u00f1os de uso en las condiciones necesarias para la fusi\u00f3n.<\/span><\/p>\n

La pared del desviador es la primera consideraci\u00f3n.\u00a0Aunque las part\u00edculas de combustible est\u00e1n mucho m\u00e1s fr\u00edas cuando llegan al desviador, todav\u00eda tienen suficiente energ\u00eda para\u00a0desprender \u00e1tomos del material de la pared del desviador cuando chocan con \u00e9l<\/a>\u00a0.\u00a0Anteriormente, el desviador de JET ten\u00eda una pared hecha de grafito, pero\u00a0el grafito absorbe y atrapa demasiado combustible para un uso pr\u00e1ctico<\/a>\u00a0.<\/span><\/p>\n

Alrededor de 2011, los ingenieros de JET actualizaron el desviador y las paredes internas del recipiente a tungsteno.\u00a0Se eligi\u00f3 el tungsteno en parte porque tiene el punto de fusi\u00f3n m\u00e1s alto de todos los metales, un rasgo extremadamente importante cuando es probable que el desviador experimente cargas de calor casi\u00a010 veces m\u00e1s altas que el cono de la nariz de un transbordador espacial que<\/a>\u00a0vuelve a entrar en la atm\u00f3sfera terrestre.\u00a0La pared interior del recipiente del tokamak se actualiz\u00f3 de grafito a berilio.\u00a0El berilio tiene excelentes propiedades t\u00e9rmicas y mec\u00e1nicas para un reactor de fusi\u00f3n:\u00a0absorbe menos combustible que el grafito pero a\u00fan puede soportar las altas temperaturas<\/a>\u00a0.<\/span><\/p>\n

La energ\u00eda que produjo el JET fue lo que ocup\u00f3 los titulares, pero argumentamos que, de hecho, es el uso de los nuevos materiales de pared lo que hace que el experimento sea realmente impresionante porque los dispositivos futuros necesitar\u00e1n estas paredes m\u00e1s robustas para operar a alta potencia durante per\u00edodos a\u00fan m\u00e1s largos. de tiempo.\u00a0JET es una exitosa prueba de concepto sobre c\u00f3mo construir la pr\u00f3xima generaci\u00f3n de reactores de fusi\u00f3n.<\/span><\/p>\n

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\"Un<\/a><\/span>
El reactor de fusi\u00f3n ITER, que se ve aqu\u00ed en un diagrama, incorporar\u00e1 las lecciones de JET, pero a una escala mucho m\u00e1s grande y poderosa.\u00a0Laboratorio Nacional de Oak Ridge, ITER Tokamak y Plant Systems\/WikimediaCommons, CC BY<\/em><\/span><\/figcaption><\/figure>
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Los pr\u00f3ximos reactores de fusi\u00f3n<\/span><\/h3>\n

El JET tokamak es el reactor de fusi\u00f3n magn\u00e9tica m\u00e1s grande y avanzado actualmente en funcionamiento.\u00a0Pero la pr\u00f3xima generaci\u00f3n de reactores ya est\u00e1 en proceso, en particular\u00a0el experimento ITER<\/a>\u00a0, que comenzar\u00e1 a operar en 2027. ITER, que en lat\u00edn significa “el camino”, est\u00e1\u00a0en construcci\u00f3n en Francia<\/a>\u00a0y est\u00e1 financiado y dirigido por una organizaci\u00f3n internacional que incluye los EE.UU.<\/span><\/p>\n

ITER va a poner en pr\u00e1ctica muchos de los avances materiales que JET demostr\u00f3 que son viables.\u00a0Pero tambi\u00e9n hay algunas diferencias clave.\u00a0Primero, ITER es masivo.\u00a0La c\u00e1mara de fusi\u00f3n tiene\u00a037 pies (11,4 metros) de alto y 63 pies (19,4 metros) de di\u00e1metro,<\/a>\u00a0\u00a0m\u00e1s de ocho veces m\u00e1s grande que JET.\u00a0Adem\u00e1s, ITER utilizar\u00e1 imanes superconductores capaces de producir\u00a0campos magn\u00e9ticos m\u00e1s intensos durante periodos de tiempo m\u00e1s prolongados<\/a>\u00a0que los imanes de JET.\u00a0Con estas actualizaciones, se espera que ITER supere los r\u00e9cords de fusi\u00f3n de JET, tanto en la producci\u00f3n de energ\u00eda como en la duraci\u00f3n de la reacci\u00f3n.<\/span><\/p>\n

Tambi\u00e9n se espera que ITER haga algo fundamental para la idea de una planta de energ\u00eda de fusi\u00f3n: producir m\u00e1s energ\u00eda de la que se necesita para calentar el combustible.\u00a0Los modelos predicen que ITER producir\u00e1 alrededor de 500 megavatios de energ\u00eda de forma continua durante 400 segundos y solo consumir\u00e1 50 MW de energ\u00eda para calentar el combustible.\u00a0Esto significa que el reactor\u00a0produjo 10 veces m\u00e1s energ\u00eda de la que consumi\u00f3<\/a>\u00a0, una gran mejora con respecto al JET, que requiri\u00f3\u00a0aproximadamente tres veces m\u00e1s energ\u00eda para calentar el combustible que la que produjo<\/a>\u00a0para su reciente\u00a0r\u00e9cord de 59 megajulios<\/a>\u00a0.<\/span><\/p>\n

El historial reciente de JET ha demostrado que a\u00f1os de investigaci\u00f3n en f\u00edsica de plasma y ciencia de materiales han valido la pena y han llevado a los cient\u00edficos al umbral de aprovechar la fusi\u00f3n para la generaci\u00f3n de energ\u00eda.\u00a0ITER proporcionar\u00e1 un enorme salto hacia el objetivo de las plantas de energ\u00eda de fusi\u00f3n a escala industrial.<\/span><\/p>\n

Este art\u00edculo se vuelve a publicar de\u00a0The Conversation<\/a>\u00a0bajo una licencia Creative Commons.\u00a0Lee el\u00a0art\u00edculo original<\/a>\u00a0.<\/em><\/span><\/p>\n

Fuente:\u00a0<\/span><\/p>\n

Donovan, D. (2022, 7 abril). Nuclear Fusion Hit a Milestone Thanks to Better Reactor Walls<\/i>. Singularity Hub. Recuperado 19 de abril de 2022, de https:\/\/singularityhub.com\/2022\/04\/10\/nuclear-fusion-hit-a-milestone-thanks-to-better-reactor-walls\/<\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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