Una nuclear experimental fusión proyecto ha establecido un récord mundial en la generación de energía en tierra usando el mismo tipo de reacciones que alimentan al sol.
En los nuevos experimentos, el Joint European Torus (JET) en Culham, cerca de Oxford, Inglaterra, produjo plasmas increíblemente calientes que liberaron un récord de 59 megajulios de energía, aproximadamente la misma cantidad de energía liberada por la explosión de 31 libras (14 kilogramos). ) de TNT.
La fusión nuclear, la misma reacción que ocurre en el corazón de las estrellas, fusiona los núcleos atómicos para formar núcleos más pesados. Los físicos nucleares han buscado durante mucho tiempo producir fusión nuclear en reactores en la Tierra porque genera mucha más energía que la quema de combustibles fósiles. Por ejemplo, una cantidad del tamaño de una piña de hidrógeno átomos ofrece tanta energía como 10.000 toneladas (9.000 toneladas métricas) de carbón, según un comunicado del International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) proyecto.Relacionado: 5 conceptos de ciencia ficción que son posibles (en teoría)
Los nuevos experimentos en JET están diseñados para ayudar a allanar el camino para ITER, cuyo objetivo es crear la primera planta de fusión nuclear del mundo. ITER se encuentra actualmente en construcción en el sur de Francia y está destinado a liberar 10 veces más energía de la que se utiliza para desencadenar la fusión.
«Nos tomó años preparar estos experimentos. Y al final hemos logrado confirmar nuestras predicciones y modelos», dijo a WordsSideKick.com Athina Kappatou, física del Instituto Max Planck de Física del Plasma en Garching, cerca de Munich, Alemania. «Esas son buenas noticias de camino al ITER».
JET, que comenzó a operar en 1983, ahora utiliza los isótopos de hidrógeno deuterio y tritio como combustible. Mientras que un hidrógeno normal átomo tiene un neutrón en su núcleo, un átomo de deuterio tiene dos neutrones y un átomo de tritio tiene tres. Actualmente, es la única planta de energía en el mundo capaz de operar con combustible de deuterio-tritio, aunque ITER también lo utilizará cuando entre en funcionamiento.
Investigaciones anteriores encontraron que, de todos los posibles combustibles para la fusión nuclear, la combinación de deuterio y tritio se fusiona con mayor facilidad ya la temperatura más baja. Se predice que solo la fusión de deuterio-tritio liberará suficiente energía en condiciones realistas para crear un excedente de electricidad.
Sin embargo, la fusión de deuterio-tritio plantea una serie de desafíos. Por ejemplo, la fusión deuterio-tritio puede generar cantidades peligrosas de neutrones de alta energía, cada uno moviéndose a aproximadamente 187 millones de km/h (116 millones de mph), o 17,3 % de la velocidad de la luz, tan rápido que podrían alcanzar el Luna en menos de 8 segundos. Como tal, se necesita un blindaje especial en estos experimentos.
Para los nuevos experimentos, los anteriores carbón El revestimiento del reactor JET se sustituyó entre 2009 y 2011 por una mezcla de berilio y tungsteno, que también se instalará en el ITER. Esta nueva pared metálica es más resistente a las tensiones de la fusión nuclear que el carbono y también se adhiere a menos hidrógeno que el carbono, explicó Kappatou, quien preparó, coordinó y dirigió partes clave de los experimentos recientes en JET.
«La instalación de un nuevo muro requería gran precisión y cuidado», dijo Kappatou. «Se utilizó un enorme brazo robótico con control remoto en el buque JET para este propósito».
Otro desafío con los experimentos de fusión de deuterio-tritio es el hecho de que el tritio es radiactivo, por lo que requiere un manejo especial. Sin embargo, JET fue capaz de manejar tritio en 1997, señaló Kappatou.
Además, mientras que el deuterio está abundantemente disponible en el agua de mar, el tritio es extremadamente raro. Por ahora, el tritio se produce en la energía nuclear. fisión reactores, aunque las futuras plantas de energía de fusión podrán emitir neutrones para generar su propio combustible de tritio.
JET estableció el récord mundial anterior de energía generada a partir de la fusión nuclear en 1997 con plasmas que produjeron 22 megajulios de energía. Los nuevos experimentos generaron plasmas que produjeron más del doble de esa cantidad de energía utilizando solo seis millonésimas de onza (170 microgramos) de combustible de deuterio-tritio.
«En comparación, producir tanta energía térmica requiere 1,06 kilogramos [2.34 pounds] de gas natural o 3,9 kilogramos [8.6 pounds] de carbón de lignito, un factor de 10 millones más», dijo Kappatou.
En enero, los científicos del Centro Nacional de Encendido de California revelaron que su experimento de fusión nuclear con láser generó 1,3 megajulios de energía durante 100 billonésimas de segundo, una señal de que la reacción de fusión generó más energía de la actividad nuclear que la que entró desde el exterior. «Su trabajo, y el de muchos otros grupos públicos y privadosmuestra un gran y creciente apetito mundial por lograr la energía de fusión», dijo Kappatou.
Los electroimanes de cobre que usó JET solo pudieron operar durante unos 5 segundos debido al calor de los experimentos. «JET simplemente no fue diseñado para ofrecer más», dijo Kappatou. En contraste, ITER utilizará imanes superconductores enfriados criogénicamente que están diseñados para operar indefinidamente, señalaron los investigadores.
ITER tiene como objetivo comenzar sus propios experimentos de deuterio-tritio en 2035. Los experimentos JET más recientes ayudarán a informar este trabajo futuro, dijo Kappatou.
«Hemos generado una gran cantidad de datos de la operación», dijo Kappatou.
Publicado originalmente en Live Science.