lunes, 24 de agosto de 2015

Diseño de reactor ARC utiliza imanes superconductores para conseguir un reactor de fusión nuclear sustentable




La energía de fusión puede parecer un poco como el último autobús de la noche; siempre parece venir, pero nunca llega. Sin embargo, ahora el MIT está trabajando para cambiar esto con un nuevo diseño de reactor de fusión Tokamak compacto basado en la última tecnología de superconductores magnéticos disponibles en el mercado. El diseño de reactor ARC (compacto asequible, robusta, por sus siglas en inglés) promete reactores más pequeños, más baratos que podrían hacer que la energía de fusión sea por fin algo práctico dentro de 10 años. 
Un reactor de fusión comercialmente viable ha sido el Santo Grial de la ingeniería desde la década de 1950, con el potencial de convertir casi todas las demás fuentes de electricidad más importantes en una nota histórica de la noche a la mañana. Si es perfeccionado, se  convertiría en una fuente inagotable de energía, la cual tendría una fuerte incidencia en casi todos los aspectos de la vida, desde el medio ambiente a la política mundial. El truco es hacer que sea práctico.

En pocas palabras, la fusión consiste en colocar los átomos de hidrógeno a muy alta presión y calor hasta que se fusionen en átomos de helio, reacción que libera enormes cantidades de energía. El Sol hace esto de manera rutinaria, pero la reproducción de esas condiciones en la Tierra fuera de una bomba de hidrógeno ha sido difícil.

Hay una serie de diseños de reactores de fusión, pero uno de los más prometedores es el reactor Tokamak, que es una cámara metálica hueca con forma de rosquilla y retorcida en forma de ocho. Dentro de la cámara hay un vacío en el cual se introducen isotopos pesados de hidrógeno, conocidos como deuterio y tritio. Esta mezcla es sobrecalentada hasta la temperatura del interior del Sol formando un plasma que es contenido y comprimido por medio de campos magnéticos de alto poder. Las bobinas magnéticas responsables de la producción de estos campos magnéticos son la clave de todo el proceso y el mayor cuello de botella para el progreso.

Un consorcio internacional, que incluye científicos de la Unión Europea, India, Japón, China, Rusia, Corea del Sur y Estados Unidos, está planeando la construcción del reactor de fusión nuclear más poderoso del mundo basado en un tokamak. Los trabajos ya comenzaron en el Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER por sus siglas en ingl{es) en 1985, y con un costo estimado de US $40 mil millones, no está programado para iniciar por completo sus operaciones hasta el 2027. Incluso entonces, funcionará sobre una base puramente experimental.

El reactor ARC del MIT es un ejemplo de cómo un solo cambio puede alterar completamente el diseño de un sistema. Se utilizan nuevos superconductores disponibles comercialmente hechos de cintas superconductoras de óxido de cobre - bario - tierras raras (REBCO),  que son capaces de producir bobinas que generan campos magnéticos de alta potencia. Los fuertes campos magnéticos generados por estas bobinas realizan un mejor trabajo para confinar el plasma supercaliente, por lo que el reactor puede ser más pequeño, más barato y requiere menos tiempo para su construcción.

Destinado a la investigación de energía de fusión básica, el reactor ARC se basa en la misma física que utiliza el ITER, aunque el equipo también lo describe como una planta prototipo potencial que podría generar importantes cantidades de energía. Según el MIT, las ecuaciones que rigen el diseño del reactor muestran que la producción de potencia aumenta a la cuarta potencia del incremento en el campo magnético. En otras palabras, si se duplica la intensidad del campo, entonces la potencia aumenta 16 veces. Los nuevos superconductores que están siendo utilizados por el MIT deberían aumentar la energía de fusión por un factor de 10 sobre la tecnología superconductora estándar, con efectos en cadena para el diseño del reactor.

Con un radio mayor de 3,3 m (10,8 pies) y un radio menor de 1,1 m (3,6 pies), el ARC es un reactor de 500 MW que tiene la mitad del diámetro del ITER, pero que contará con una capacidad de producción de energía similar. Además, los nuevos imanes superconductores permitirán una potencia constante, mientras que los reactores experimentales de hoy en día sólo pueden funcionar durante unos segundos a la vez antes de que sus bobinas de cobre se comiencen a sobrecalentarse.

El MIT también ha diseñado el reactor ARC de tal forma que el núcleo de energía de fusión se puede quitar sin necesidad de desmantelar el reactor, lo cual es una gran ventaja para un reactor de investigación. Además, el revestimiento sólido colocado normalmente como envoltura alrededor de la cámara de fusión ha sido reemplazado con un líquido circulante. Esto elimina la necesidad de reemplazar el revestimiento conforme se degrada, ya que el líquido puede ser simplemente reemplazado. 

Los investigadores dicen que el diseño actual podría generar tres veces más energía de la que consume para que siga funcionando, pero tienen la esperanza de aumentar esta producción a cinco o seis veces en el futuro. Dado que ningún reactor de fusión actual puede mantener incluso un punto de equilibrio, esto sería un gran avance. El equipo dice que los reactores como el ARC pueden ser construidos en unos cinco años, y que su diseño podría generar electricidad para unas 100.000 personas.





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