¿Qué tan cerca estamos de la fusión nuclear para energía ilimitada? – DNyuz

How Close Are We to Nuclear Fusion for Limitless Energy?

No es ningún secreto que la energía nuclear ha tenido una especie de reputación de chico malo en el pasado, llena de equipaje tóxico y fusiones catastróficas. Reparar la imagen de esta fuente de energía ha sido una batalla cuesta arriba, pero los logros recientes de su hermana más elusiva, pero más poderosa, la fusión nuclear, podrían cambiar eso. Si se logra, podría proporcionar a la humanidad una fuente de energía limpia y sin límites, replicando el tipo de reacciones que tienen lugar dentro del Sol.

En diciembre de 2022, el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) anunció que su Instalación Nacional de Ignición (NIF) había logrado un nuevo hito hacia el logro de la fusión nuclear generando más energía (más de 3 megajulios, o 1 megajulio tímido de un kilogramo de TNT que se detona) de lo que inicialmente habían puesto usando un proceso llamado confinamiento inercial, más sobre eso más adelante.

Este resultado puede sonar escaso para una fuente de energía que sigue el modelo del núcleo de estrellas en llamas, pero para los científicos que han estado persiguiendo esta ciencia durante décadas como Huracán Omarcientífico jefe del programa de fusión detrás de este resultado, es una prueba de que sus esfuerzos finalmente pueden estar dando sus frutos.

“[T]l resultado de diciembre fueron hitos que demuestran que no hay ningún obstáculo físico que se interponga en el camino de la generación de energía de fusión”, dijo Hurricane a Motherboard en un correo electrónico. “Me gusta describir nuestros resultados como una ‘prueba de existencia’”.

Hurricane agregó que si bien el enfoque de NIF podría usarse potencialmente para la fusión comercial en el futuro, actualmente se enfoca en «aplicaciones de ciencia de fusión y seguridad nacional», como la evaluación de las reservas nucleares de los EE. UU.

Si bien los científicos han sabido cómo crear fusión nuclear durante muchos años, en realidad la creación de esta fuente de energía potencialmente autosuficiente ha sido la ballena blanca del campo. El nuevo logro de NIF, así como un sector privado en crecimiento, podría ser simplemente el empuje que la fusión necesita para finalmente tener éxito. Más que un simple logro científico, una nueva era de energía de fusión podría ser un gran paso hacia un futuro energético más sostenible. Stephanie Diemprofesor asistente en la Universidad de Wisconsin-Madison e investigador principal de un experimento de energía de fusiónle dijo a Motherboard en un correo electrónico.

“En última instancia, una planta de energía basada en la fusión se puede usar para reemplazar nuestras plantas de energía actuales que queman combustibles fósiles y puede alimentar nuestros hogares, industrias y negocios”, dijo Diem.

Con este nuevo avance en mente, vale la pena hacer un balance ahora: ¿Qué tan cerca estamos de lograr la fusión nuclear y resolver los problemas energéticos de la humanidad?

¿Qué es la fusión nuclear?

Si la fusión nuclear tiene tanto potencial, puede parecer poco claro por qué su contraparte, la fisión nuclear, no puede ir cara a cara. Si bien ambas reacciones son nucleares, lo que significa que ambas implican cambios de energía en el centro de los núcleos atómicos, en realidad son polos opuestos en muchos sentidos.

La fisión nuclear está en el corazón de las plantas de energía nuclear en todo el mundo y funciona al romper los átomos de elementos radiactivos como el uranio para crear una explosión de energía. Esta energía luego se usa para calentar agua y generar vapor para hacer girar las turbinas que generan electricidad. Dependiendo de su tamaño, las centrales nucleares como estas tienen una capacidad de generación de aproximadamente 500-1000 megavatios, equivalente a hasta la potencia de :text=Energía%20nuclear%20ha%20estado%20alimentando,potencia%20por%20planta%20en%20promedio.” target=”_blank”>1,3 millones de caballos por planta.

La desventaja de este enfoque es que el uso de átomos radiactivos como fuente de energía de los reactores da como resultado productos de desecho peligrosos y también puede ser susceptible a fusiones peligrosas como las que tuvieron lugar en Chernobyl en los años 80 y Fukushima en 2011. Incluso si nuevos reactores de fisión puede superar estos escollos, la fuente de energía sigue siendo finita.

“La fusión nos trae esperanza y un desafío increíble”

La fusión nuclear, por otro lado, tiene el potencial de ser autosuficiente una vez que se enciende correctamente, un proceso que los científicos nucleares llaman ignición. Esta fuente de energía funciona al unir átomos ligeros (p. ej., isótopos de hidrógeno, deuterio y tritio) para formar un átomo más pesado (p. ej., helio). Este es el mismo proceso por el cual el Sol genera la energía que intentamos capturar en la Tierra con paneles solares.

“La producción de energía teórica posible por unidad de masa de los combustibles de fusión… supera con creces la de otras fuentes de energía conocidas”, dijo Hurricane. «El hidrógeno del isótopo deuterio también abunda en el agua de mar y existen planes para generar tritio a partir de litio (también abundante en el agua de mar) en las plantas de energía de fusión propuestas».

Al igual que las plantas de energía de fisión nuclear, la tecnología de fusión nuclear generará electricidad a través de la creación de vapor para hacer girar una turbina, pero al cuatro veces la cantidad y sin subproductos nocivos.

¿Qué tan cerca estamos de lograr la fusión nuclear?

Aprovechar el poder de un sol ardiente en la Tierra no es poca cosa. Para lograr esto, existen dos métodos principales que utilizan los científicos: láseres e imanes.

“Estos enfoques de confinamiento encajan ampliamente en las siguientes categorías: energía de fusión magnética que utiliza botellas magnéticas llamadas tokamaks y stellarators, energía de fusión inercial y fusión magnetointercial, una combinación de las dos técnicas anteriores”, dijo Diem. «La tecnología más madura es MFE que usa botellas magnéticas llamadas tokamak».

El experimento NIF se creó utilizando confinamiento inercial basado en láser. En pocas palabras, cerca de 200 láseres de alta potencia rebotaron alrededor de una cápsula que contenía combustible isotópico de hidrógeno. En cuestión de segundos, la energía de estos láseres calentó la cápsula desde el exterior, lo que primero comprimió el combustible y luego creó una explosión de energía hacia el exterior.

Muchos otros proyectos gubernamentales y privados por igual, incluido el muy esperado ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional) de Francia, utilizan tokamaks para calentar su combustible estelar. Diseñados originalmente por científicos soviéticos a fines de la década de 1950, los tokamaks funcionan mediante el uso de imanes y vacío para comprimir y calentar átomos de hidrógeno hasta que se transforman en plasma. La presión continua sobre este plasma lo obliga a fusionarse.

En los últimos años, los adelantos de la fusión nuclear como la ganancia energética de NIF, la Toro común europeo (JET), el pulso de energía sostenida y la calefacción mejorada de Tokamak Energy, con sede en el Reino Unido, han estado superando los requisitos para la fusión nuclear, pero Diem dijo que en este momento no son mucho más que experimentos científicos.

“Ahora que hemos demostrado que la fusión controlada es posible, a continuación, tendremos que abordar los desafíos de ingeniería necesarios para generar electricidad”, dijo.

Para que la fusión comercial sea viable, los científicos e ingenieros deberán desarrollar nuevos materiales que puedan resistir el entorno de fusión, así como desarrollar nuevas formas de crear combustible para estas reacciones, como la recolección de los ingredientes del agua de mar. La búsqueda de combustibles incluso ha llevado a los científicos a observar el espacio exterior, donde un isótopo de helio llamado helio-3, un combustible prometedor para reactores de fusión nuclear—se encuentra en gran parte. China, por ejemplo, ha afirmó haber encontrado helio-3 en tierra de luna. En un giro planetario, sin embargo, los científicos han descubierto recientemente que hay más helio-3 en la Tierra de lo que se pensaba, aunque su origen sigue siendo un misterio.

Hacia estos objetivos, la administración Biden-Harris Anunciado en abril de 2022 la financiación de dos centrales eléctricas de fusión piloto por un total de 50 millones de dólares, aunque hay escepticismo de cómo resultará esta financiación. Incluso entonces, los investigadores creen que la fusión nuclear aún puede estar a décadas de distancia.

Pero cuando, o tal vez, si funciona, podría tener efectos dominó que van mucho más allá de la energía más verde, dijo Diem.

“En un mundo donde hemos librado guerras por la energía y el acceso a los recursos utilizados para la producción de energía y donde estamos viendo impactos acelerados del cambio climático, la fusión nos brinda esperanza y un desafío increíble”, dijo.

“Si bien aún quedan muchos desafíos por delante para la fusión, los beneficios potenciales son enormes y estoy increíblemente emocionado de ver qué sigue en este campo a medida que continuamos impulsando la innovación y avanzando hacia un futuro más limpio, más sostenible, equitativo y justo. .”

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