Ilustración de un reactor de fusión.
La energía de fusión requiere más que una reacción de fusión estable antes de que pueda ayudar al mundo a producir suficiente energía neutra en carbono. El Departamento de Energía de EE. UU. ha presentado una agenda de investigación y desarrollo para un conjunto de tecnologías y procesos para hacer posible la fusión.
Dos funcionarios del DOE nombraron cinco de esas tecnologías urgentes en un seminario web del jueves organizado por las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina (NASEM). Se incluye más en el informe NASEM de 2021, que exige un rápido desarrollo de la tecnología que permite la fusión;
“Aunque a menudo se posterga para el futuro, el objetivo de la energía de fusión económica durante las próximas décadas como un interés estratégico de los EE. UU. está impulsando un rápido aumento en la investigación y el desarrollo de materiales, componentes y tecnologías de fusión nuclear”.
Los cinco destacados el jueves incluyen:
1 Materiales a prueba de fusión
El plasma donde tiene lugar la reacción de fusión puede estar más caliente que el sol. Un fuerte campo magnético, o inercia, puede confinar el plasma protegiéndolo de las paredes y los componentes del reactor, pero los reactores de fusión seguirán necesitando materiales que puedan resistir el calor extremo y el bombardeo de neutrones cuando los isótopos de hidrógeno se convierten en helio.
Para probar materiales potenciales, los científicos deben crear condiciones que se asemejen a una reacción de fusión.
“Existe una gran necesidad de una fuente de neutrones de fusión prototipo para poder recopilar datos sobre materiales que pueden requerir muchos años de exposición”, dijo Scott Hsu, coordinador jefe de fusión del DOE. Si bien esa fuente de neutrones está en desarrollo, agregó, el aprendizaje automático y las pruebas de materiales pueden ayudar a reducir la cantidad de materiales candidatos.
También existe la posibilidad de evitar los materiales por completo mediante el uso de “diseños realmente transformables para las primeras paredes y mantas, donde es posible que ni siquiera tenga ningún material sólido contra el plasma, y eso casi pasa por alto la cuestión de los materiales”, dijo Hsu. “Y tenemos que mantener esas ideas sobre la mesa”.
2 criadores de tritio
El diseño de reactor de fusión más común utiliza dos isótopos de hidrógeno, deuterio (2:H) y tritio (3:H) – como combustible.
“Si vamos a utilizar un ciclo de combustible de deuterio-tritio, tendremos que extraer el calor y generar el tritio”, dijo Richard Havryluk, asesor técnico sénior en la Oficina de Ciencias del DOE y presidente de NASEM 2021. informe. .
“Un desafío particular es la necesidad de cerrar de manera segura y eficiente el ciclo del combustible”, afirma el informe, “que para los proyectos de fusión de deuterio-tritio incluye el desarrollo de mantas para la reproducción y extracción de tritio, así como el abastecimiento de combustible, el consumo, la contención, la extracción de tritio y separación. una cantidad significativa”.
3 Sistema de escape
Parte del calor incalculable producido en la reacción de fusión se usará para generar energía, pero primero debe administrarse, y su ventilador de cocina estándar no funcionará.
“Un programa de investigación completo requerirá instalaciones de prueba cada vez más similares a una planta de energía de fusión para evaluar las emisiones de energía relevantes del reactor en el entorno de fusión de neutrones”, dijo el informe de NASEM.
4 láseres más eficientes
La Instalación Nacional de Ignición (NIF, por sus siglas en inglés) del DOE celebró un logro buscado durante mucho tiempo en diciembre cuando desencadenó una reacción de fusión que liberó más energía (3,15 megajulios) que los rayos láser que la encendieron (2,05 megajulios). Pero se necesitaron 300 megajulios para encender el láser.
Eventualmente, dichos láseres serían alimentados por la electricidad del reactor de fusión después del lanzamiento. Pero láseres más eficientes significan reactores más eficientes, dejando más energía al usuario oa la red.
5 Repetición
Esto no es suficiente para que el láser sea efectivo. También necesita funcionar menos como un mosquete y más como una ametralladora.
“El gran resultado en NIF”, dijo Havriluk, “es que llegamos al punto de hacer algunas tomas al año. Tienes que ser capaz de llegar al punto en el que estás haciendo múltiples disparos por segundo, o un disparo por segundo, así que esa es también la tasa de repetición que tenemos que dominar”.
Esto aumenta la tasa de repetición de cada paso del proceso, comenzando con la cápsula de combustible. Según la revista Ciencia“Se debe preparar, llenar, cargar, detonar y desechar un millón de proyectiles al día, un gran desafío de ingeniería”.