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Imanes de una fuerza nunca vista para consumar la energía de fusión

08/11/2018 -
Investigación y Desarrollo

Físicos presentan en la reunión de la División de Física de Plasma de la American Physics Society nuevos superconductores para que la energía de fusión llegue finalmente a la red eléctrica.

Los investigadores planean usar esta tecnología para construir imanes a la escala requerida para la fusión, seguida de la construcción de lo que sería el primer experimento de fusión del mundo en obtener una ganancia de energía neta.

El esfuerzo es una colaboración entre el Plasma Science & Fusion Center del MIT (Massachusetts Institute of Technology) y Commonwealth Fusion Systems.

El poder de fusión se genera cuando los núcleos de los átomos pequeños se combinan en los más grandes en un proceso que libera enormes cantidades de energía. Estos núcleos, típicamente primos de hidrógeno más pesados llamados deuterio y tritio, están cargados positivamente y, por lo tanto, sienten una fuerte repulsión que solo se puede superar a temperaturas de cientos de millones de grados. Si bien estas temperaturas, y por lo tanto las reacciones de fusión, se pueden producir en los experimentos de fusión modernos, las condiciones requeridas para una ganancia de energía neta aún no se han alcanzado.

Una posible solución para esto podría ser aumentar la fuerza de los imanes. Los campos magnéticos en los dispositivos de fusión sirven para mantener estos gases ionizados en caliente, llamados plasmas, aislados y aislados de la materia ordinaria. La calidad de este aislamiento se vuelve más efectiva a medida que el campo se vuelve más fuerte, lo que significa que se necesita menos espacio para mantener caliente el plasma. Duplicar el campo magnético en un dispositivo de fusión permite reducir su volumen, un buen indicador de cuánto cuesta el dispositivo, en un factor de ocho, mientras se obtiene el mismo rendimiento. Así, los campos magnéticos más fuertes hacen que la fusión sea más pequeña, más rápida y más barata.

Un avance en la tecnología de superconductores podría permitir que las plantas de energía de fusión lleguen a buen término. Los superconductores son materiales que permiten que las corrientes pasen a través de ellos sin perder energía, pero para hacerlo deben estar muy fríos. Sin embargo, los nuevos compuestos superconductores pueden operar a temperaturas mucho más altas que los superconductores convencionales. Críticos para la fusión, estos superconductores funcionan incluso cuando se colocan en campos magnéticos muy fuertes.

Aunque originalmente no eran útiles para construir imanes, los investigadores ahora han encontrado formas de fabricar superconductores de alta temperatura en forma de ‘cintas’ que producen imanes con un rendimiento sin precedentes. El diseño de estos imanes no es adecuado para máquinas de fusión porque son demasiado pequeños. Antes de poder construir el nuevo dispositivo de fusión, llamado SPARC, los nuevos superconductores deben incorporarse en el tipo de imanes grandes y fuertes necesarios para la fusión.

Una vez que el desarrollo del imán tenga éxito, el siguiente paso será construir y operar el experimento de fusión SPARC. SPARC será un dispositivo de fusión tokamak, un tipo de configuración de confinamiento magnético similar a muchas máquinas que ya están en funcionamiento.

Como un logro análogo al primer vuelo de los hermanos Wright, demostrar una ganancia neta de energía –el objetivo de la investigación de la fusión durante más de 60 años–, podría ser suficiente para integrar la fusión en los planes nacionales de energía e iniciar el desarrollo comercial. El objetivo es tener SPARC operativo para 2025, según la American Physical Society.