Qué tan lejos está la fusión? Desbloqueando el Poder del Sol

link: https://www.youtube.com/watch?list=PLbJ42wpShvmk_4S6NoKuv83PNUVthjPvs&v=AFoqBWMbP_Y Por Fraser Cain para Universe Today Mayo 27 de 2017 Me gustaría pensar que somos más inteligentes que el Sol. Comparemos y contrastemos. Los seres humanos, por un lado, han hecho enormes avances en ciencia y tecnología, construyendo ciudades, coches, computadoras y teléfonos. Hemos dividido el átomo para la guerra y para la energía. ¿Qué ha hecho el Sol? Es una enorme bola de plasma, compuesto principalmente de hidrógeno y helio. Simplemente, un poco, se sienta allí. De vez en cuando eructa gas hidrógeno en una eyección de masa coronal. No es un estiramiento decir que el Sol, y todo material inanimado en el Universo, no es el cuchillo más afilado en el cajón. Y sin embargo, el Sol ha dominado una forma de energía que apenas no podemos parecer envolver nuestras mentes alrededor: la fusión. Es realmente exasperante, ver al Sol, sentado allí, sin esfuerzo haciendo algo con lo que nuestras mejores mentes han luchado durante medio siglo. ¿Por qué no podemos hacer funcionar la fusión? ¿Cuánto tiempo hasta que finalmente podamos alcanzar tecnológicamente con una esfera de gas ionizado? Nuestro Sol en toda su intensa y enérgica gloria. Cuando la vida apareció en la Tierra, el Sol habría sido muy diferente de lo que es ahora; Un vecino más intenso y enérgico. Crédito de la imagen: NASA/SDO. El truco a la capacidad del Sol de generar energía a través de la fusión nuclear, por supuesto, proviene de su enorme masa. El Sol contiene 1.989 x 10 ^ 30 kilogramos de hidrógeno y helio, y esta masa empuja hacia dentro, creando un núcleo calentado a 15 millones de grados C, con 150 veces la densidad de agua. Es en este núcleo donde el Sol hace su trabajo, triturando átomos de hidrógeno en helio. Este proceso de fusión es una reacción exotérmica, lo que significa que cada vez que se crea un nuevo átomo de helio, también se liberan fotones en forma de radiación gamma. La única cosa por la que el Sol usa esta energía es la presión ligera, para contrarrestar la gravedad, tirando de todo hacia dentro. Sus fotones suben lentamente por el Sol y luego son liberados al espacio. Tan despilfarrador. ¿Cómo podemos replicar esto en la Tierra? Ahora reunir la masa de hidrógeno del Sol aquí en la Tierra es una opción, pero es realmente poco práctico. ¿Dónde pondríamos todo ese hidrógeno? La mejor solución será utilizar nuestra tecnología para simular las condiciones en el núcleo del Sol. Si podemos hacer un reactor de fusión donde las temperaturas y presiones son lo suficientemente altas como para que los átomos de hidrógeno se fusionen con el helio, podemos aprovechar esos dulces y dulces fotones de radiación gamma. Tokamak Dentro de un Tokamak. Crédito de la imagen: Lawrence Berkeley Labs La tecnología principal desarrollada para hacer esto se llama un reactor del tokamak; Se basa en un acrónimo ruso de: "cámara toroidal con bobinas magnéticas", y los primeros prototipos fueron creados en los años sesenta. Hay muchos reactores diferentes en desarrollo, pero el método es esencialmente el mismo. Una cámara de vacío se llena con combustible de hidrógeno. Entonces una cantidad enorme de electricidad es funcionada a través de la cámara, calentando el hidrógeno en un estado del plasma. También pueden usar láseres y otros métodos para obtener el plasma hasta 150 a 300 millones de grados Celsius (10 a 20 veces más caliente que el núcleo del Sol). Los imanes superconductores rodean la cámara de fusión, que contiene el plasma y lo mantiene lejos de las paredes de la cámara, que se derretiría de otra manera. Una vez que las temperaturas y las presiones son lo suficientemente altas, los átomos de hidrógeno se trituran juntos en helio al igual que en el Sol. Esto libera fotones que calientan el plasma, manteniendo la reacción que va sin ninguna entrada de la energía de la adición. El exceso de calor llega a las paredes de la cámara, y se puede extraer para hacer el trabajo. El tokamak esférico MAST en el Culham Center for Fusion Energy (Reino Unido). Crédito de la imagen: CCFE El reto siempre ha sido que el calentamiento de la cámara y la limitación del plasma consuman más energía que la producida en el reactor. Podemos hacer funcionar la fusión, simplemente no hemos podido extraer energía sobrante del sistema ... todavía. En comparación con otras formas de producción de energía, la fusión debe ser limpia y segura. La fuente de combustible es el agua, y el subproducto es el helio (que el mundo está realmente comenzando a agotarse). Si hay un problema con el reactor, se enfriaría y la reacción de fusión se detendría. Sin embargo, los fotones de alta energía liberados en la reacción de fusión serán un problema. Irán al reactor de fusión circundante y harán que todo sea radioactivo. La cámara de fusión será mortifera durante unos 50 años, pero su vida media rápida lo hará tan radiactivo como la ceniza de carbón después de 500 años. Vista externa del reactor Tokamak Fusion Test Reactor de Princeton que funcionó de 1982 a 1997 Crédito de la imagen: Princeton Plasma Physics Laboratory (CC BY 3.0) Ahora ya sabes lo que es el poder de la fusión y cómo funciona, cuál es el estado actual y cuánto tiempo hasta que las plantas de fusión nos den energía ilimitada y barata, si es que alguna vez? Los experimentos de fusión se miden por la cantidad de energía que producen en comparación con la cantidad de energía que usted pone en ellos. Por ejemplo, si una planta de fusión necesitaba 100 MW de energía eléctrica para producir 10 MW de potencia, tendría una relación de energía de 0,1. Usted quiere por lo menos una razón de 1. Eso significa que la energía en iguales energía hacia fuera, y hasta ahora, ningún experimento ha alcanzado nunca esa proporción. Pero estamos cerca. El reactor tokamak de la instalación EAST, parte del Instituto de Ciencias Físicas en Hefei Crédito de la imagen: ipp.cas.cn Los chinos están construyendo el Tokamak Superconductor Avanzado Experimental, o EAST. En 2016, los ingenieros informaron que habían mantenido funcionando la instalación durante 102 segundos, logrando temperaturas de 50 millones de grados Centigrados. Si es cierto, este es un avance enorme, y pone a China por delante en la carrera para crear una fusión estable. Dicho esto, esto no se ha verificado de forma independiente, y sólo publicaron un solo artículo científico sobre el hito. Karlsruhe Instituto de Technology’s Wendelstein 7-X (W7X) stellarator. Crédito de la imagen: Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Tino Schulz (CC BY-SA 3.0) Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) en Alemania anunciaron recientemente que su Wendelstein 7-X (W7X) stellarator (me encanta ese nombre), el gas de hidrógeno calentado a 80 millones de C por sólo un cuarto de segundo. Caliente pero corto. Un stellarator trabaja diferentemente de un Tokamak. Utiliza anillos retorcidos y imanes externos para confinar el plasma, por lo que es bueno saber que tenemos más opciones. El mayor y más elaborado experimento de fusión que se está realizando en el mundo en este momento es en Europa, en el centro de investigación francés de Cadarache. Se llama ITER, que significa el reactor termonuclear experimental internacional, y espera cruzar esa proporción mágica. El Reactor de Fusión Tokamak ITER. Crédito de la imagen: Credits: ITER, Illus. T.Reyes ITER es enorme, midiendo 30 metros de ancho y alto. Y su cámara de fusión es tan grande que debería ser capaz de crear una reacción de fusión autosostenible. La energía liberada por el hidrógeno de fusión mantiene el combustible lo suficientemente caliente para mantener la reacción. Todavía habrá energía necesaria para ejecutar los imanes eléctricos que contienen el plasma, pero no para mantener el plasma caliente. Y si todo va bien, el ITER tendrá una relación de 10. En otras palabras, por cada 10 MW de energía bombeada, generará 100 MW de potencia utilizable. El ITER todavía está en construcción y, a partir de junio de 2015, los costos totales de construcción habían alcanzado los 14.000 millones de dólares. Se espera que la instalación esté completa en 2021, y las primeras pruebas de fusión comenzarán en 2025. Por lo tanto, si ITER funciona como estaba previsto, ahora estamos a unos 8 años de la producción de energía positiva de la fusión. Por supuesto, el ITER sólo será un experimento, no un motor real, así que si funciona, una red de energía basada en la fusión será décadas después. En este punto, yo diría que estamos a una década de distancia de alguien que demuestre que una reacción de fusión autosostenible que genera más poder de lo que consume es factible. Y luego probablemente otros 2 décadas lejos de ellos el suministro de electricidad a la red eléctrica. En ese punto, nuestro sol presumido tendrá que encontrar un nuevo trabajo. --------------------- With a tiny help from Google Translate