Este video es presentado por Curiosity Stream.
Aunque el costo de la energía solar y eólica está disminuyendo, las energías renovables podrían no ser suficientes
para satisfacer nuestra demanda de energía limpia en el futuro.
Sin embargo, la energía nucleoeléctrica puede desempeñar un papel clave en la descarbonización del sector energético.
Y no me refiero a la fisión nuclear.
Al contrario, todo lo contrario.
Me refiero a la fusión, con su objetivo perpetuo a 30 años.
Pero antes de que se queme el * fusible * y empiece a dejar sus chistes de fusión en los comentarios,
ha habido un gran desarrollo de fusión del que tenemos que hablar y es una especie de
bomba nuclear ... mala elección de palabras ... es una gran noticia. ..
Soy Matt Ferrell ... bienvenido a Undecided.
Tuve la oportunidad de hablar con el Dr. Martin Greenwald, subdirector e investigador científico principal
del MIT, que forma parte del equipo que logró un hito de fusión bastante grande.
Sin embargo, antes de * estallar * con el reciente avance en la fusión nuclear, es una buena idea
dar un paso atrás y hacer un resumen rápido sobre la energía nuclear.
No te preocupes, lo mantendré en un nivel alto porque no quiero quemar tu cerebro ...
o el mío.
Puede obtener energía nuclear a través de dos procesos: fisión y fusión.
Los reactores de fisión nuclear son los que vemos que se utilizan hoy en día en todo el mundo.
En un reactor de fisión, explotas un neutrón en un átomo inestable de uranio-235 para dividirlo
en fragmentos más pequeños, incluidos más neutrones.
Estas nuevas partículas impactarán sobre otros átomos de uranio-235, lo que genera un efecto de reacción en cadena.
La descomposición del isótopo de uranio libera energía en forma de calor, que luego se
utiliza para vaporizar el agua.
El vapor resultante se puede utilizar para hacer funcionar una turbina para generar electricidad.
Como sugiere el nombre, el proceso de fusión es básicamente lo opuesto a la fisión.
En lugar de dividirnos, estamos uniendo las cosas.
Un reactor de fusión replica lo que sucede naturalmente dentro del núcleo del sol, lo que suena aterrador, pero no lo es. Ahora, donde los isótopos de hidrógeno se
dividen y luego se fusionan en núcleos de helio bajo temperaturas y presiones * astronómicas *.
En este caso, la reacción de fusión produce 4 veces más energía que la que se obtiene mediante
el proceso de fisión.
En lugar de utilizar uranio o plutonio, que liberan partículas radiactivas de larga duración,
se alimentan isótopos de hidrógeno como el deuterio y el tritio en un reactor de fusión.
El deuterio es un elemento estable y la radiactividad del tritio no dura mucho.
Además de ser más seguras y ecológicas, las fuentes de combustible de fusión son más abundantes
y más baratas que los combustibles de fisión.
Esto se debe a que puede extraer deuterio del agua de mar, mientras que puede obtener tritio durante
la reacción de fusión cuando los neutrones interactúan con elementos como el litio.
O como dijo el Dr. Greenwald:
es una fuente de energía potencialmente ideal.
En primer lugar, el combustible es esencialmente ilimitado.
Y es una forma de combustible extremadamente energética, de
densidad energética .
Entonces, una décima parte de un gramo de deuterio y tres décimas de un gramo de litio,
si se fusionan en una planta de energía, producirían suficiente electricidad para un estadounidense promedio durante un
año, un año completo.
Y, y esas pocas décimas de gramo que no necesitaría, si estuviera en su bolsillo, ni
siquiera lo notaría, es como una pelusa o algo así.
Sin embargo, los beneficios potenciales de la fusión sobre la fisión no se tratan solo de una mayor producción de energía y una
mayor densidad de energía del combustible .
Uno de los más grandes, es probablemente uno en el que ha pensado.
Los subproductos de la fisión son altamente radiactivos y, si no se controlan adecuadamente, pueden
contaminar el planeta durante décadas.
Además de eso, la reacción en cadena de la fisión puede degenerar y potencialmente salirse de
control causando una fusión o explosión nuclear, que es lo que sucedió en Fukushima en 2011
después de que el tsunami azotara la planta de energía y causara una serie de fallas.
Este tipo de incidente no ocurriría en un tokamak, que se basa en la
fusión por confinamiento magnético (MCF).
Un tokamak es una cámara con forma de rosquilla donde se calientan isótopos de hidrógeno hasta 150 millones de grados.
No sé ustedes, pero este no es el tipo de reactor que quiero que Homer Simpson esté a cargo.
A una temperatura tan alta, los átomos se despojan de sus electrones y se convierten en
iones.
Luego te quedas con un gas ionizado sobrecalentado, que es plasma.
En estas condiciones, las partículas cargadas chocan y se fusionan ... como en
el sol.
Otra red de seguridad para la fusión es que puede detener la reacción simplemente cortando
el suministro de combustible.
En la fisión nuclear, ese no es el caso.
No se puede derretir como lo hace una planta de fisión.
No tiene el mismo tipo de materiales de desecho.
Entonces, tiene todas estas ventajas.
La otra cosa es que no usa mucha tierra, mucha agua.
Es un muy buen complemento para las energías renovables.
... podría usarse para procesos de calor
para la industria.
Sería relativamente sencillo en ciertas industrias como la fabricación de cemento.
Así que basándonos en todo eso, vayamos por la fusión
... tenemos a nuestro ganador.
Eso sería genial, pero ahí es donde entra en juego la broma de que la fusión siempre está a 30 años de distancia
.
Nadie ha producido un reactor de energía de fusión completamente funcional todavía.
Se necesita una cantidad increíble de energía para producir el plasma calentado,
por lo que ahora mismo, el poder que pones en una reacción de fusión es siempre más alto que el poder térmico que obtienes de él.
Evaluar el rendimiento de un reactor se denomina "factor de ganancia de energía de fusión" o
el símbolo Q con una relación.
Básicamente, desea un valor de Q superior a 1, que es el punto de equilibrio de la potencia térmica dentro del reactor.
Pero nosotros Ni siquiera están cerca del punto de equilibrio.
El Joint European Torus (JET) mantuvo un índice récord de 0,67,
pero el National Ignition Facility (NIF) lo rompió recientemente con una Q de 0,7.
Pero es realmente importante tener en cuenta que Q no es teniendo en cuenta la potencia total y la electricidad
necesarias para hacer funcionar la instalación y la cantidad de electricidad que realmente puede generar a partir de
la reacción.
Q es aproximadamente la potencia térmica de entrada frente a la potencia térmica de salida.
Para obtener una imagen completa, eso representa toda esa energía adicional y convertir el
calor en electricidad ... básicamente, producir más electricidad de la que se necesita para hacer funcionar la
instalación ... lo más probable es que busquemos una Q entre 10 y 25.
Hay muchas piezas móviles.
Tenemos que aprender a caminar antes de que podamos correr yh Si tenemos una Q de 1 o más, estamos aprendiendo
a caminar.
Es por eso que en esta fase de la investigación de la fusión, todos se enfocan en la relación Q solo para la
reacción del plasma en sí.
Una vez que lleguemos a eso, el enfoque se desplazará hacia la ganancia de potencia general.
En 2025, se supone que el proyecto de fusión internacional masivo conocido como ITER comenzará a
producir plasma supercaliente con una Q superior a 10 en Francia.
Aunque el proyecto nació en la década de 1980, la construcción del tokamak
solo comenzó en 2007.
Una vez que esté completo, ITER será la plataforma de fusión más grande del mundo, lo que no es necesariamente
algo bueno.
Debido a su tamaño y alcance, está tomando mucho tiempo y decenas de miles de millones de dólares
construirlo.
Además, está diseñado para ser una instalación de prueba y no un reactor en funcionamiento ... y no alcanzará
la operación completa hasta 2035. Por
lo tanto, incluso si tiene un 100% de éxito, aún tenemos que pasar por el proceso de construcción
del trabajo final. diseño de reactores.
Ahora, sé que parece que todavía estamos a 30 años de tener un reactor de fusión en
pleno funcionamiento .
Pero ha habido algunos avances * electrizantes * recientemente a partir de enfoques más pequeños y ágiles,
como en el que ha estado trabajando el Dr. Greenwald.
Uno de los mayores desafíos con los reactores de fusión MCF es el increíble campo magnético
que tienen que generar para contener el plasma.
Los imanes masivos que hacen sonar la plataforma, o la rosquilla, crean un campo magnético intenso.
Esta burbuja invisible atrapa la lechada extremadamente caliente y cargada eléctricamente en el aire
cerca del centro del reactor.
Al mantenerse alejado de las paredes de la plataforma, el plasma no las derretirá.
Y solo este septiembre descubrimos que 2021 está saliendo con una explosión de fusión nuclear.
Pero antes de llegar a esta gran noticia sobre la fusión, me gustaría agradecer al patrocinador de hoy, CuriosityStream.
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mundo que se está construyendo frente a la costa inglesa y el increíble duras condiciones
que desafían el proyecto.
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Así que volvamos a 2021 saliendo con una explosión de fusión nuclear.
El Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), junto con la puesta en marcha de
Commonwealth Fusion Systems (CFS), diseñó uno de los imanes más poderosos jamás creados en la Tierra.
Este experimento conjunto dio con algo extremadamente importante.
Logrando generar un campo magnético increíble con mucha menos potencia.
Para lograr este hito, utilizaron algo llamado superconductor de alta temperatura (HTS).
La principal innovación en realidad no es tan nueva.
En 2015, el MIT propuso usar esta cinta superconductora
en el diseño de su dispositivo.
Y lo digo en gran parte.
El imán de prueba utilizó 267 km (166 millas) de cinta.
Este material retiene la superconductividad a altas temperaturas, lo que genera un
campo magnético más intenso.
Martin me dio algunas ideas muy buenas sobre esta cinta.
El nuevo material, el superconductor de alta temperatura, que en realidad es un
compuesto cerámico de tierras raras y óxido de cobre y bario, es un material bastante frágil, pero la
gente aprendió a colocarlo como una película delgada en una subestructura fuerte.
Y resulta que hubo un gran avance en la tecnología que pudimos aprovechar y del
que no éramos responsables.
En realidad, fue un descubrimiento de invención de algunos científicos de IBM que trabajaban en un laboratorio en Zurich
en los años 80 y se trataba de superconductores de alta temperatura.
Realmente no parecía un material de ingeniería
, y mucha gente pensó, bueno, esto es realmente interesante científicamente,
pero nunca será práctico.
Nunca podrías construir un imán o un cable con esto.
Pero era muy prometedor y lo seguimos muy de cerca porque pensamos, bueno,
este material podría permitirnos hacer un imán superconductor que funcionara en campos lo suficientemente altos.
Esto es algo que encuentro fascinante sobre el desarrollo de la fusión y por qué ha tardado tanto.
Ha sido necesario décadas para aprender sobre nuevos materiales y técnicas que se pueden aplicar para
controlar con éxito una reacción de fusión a escala.
Martin sacó a relucir un punto que no había considerado.
La ventaja de usar este material no solo hizo que el imán fuera más poderoso,
sino también más eficiente en términos de energía.
Puedes hacer grandes experimentos y podemos obtener campos muy altos con imanes de cobre.
Pero consumen una enorme cantidad de electricidad ... una enorme cantidad de energía.
Entonces, resultó ser un buen negocio ya que una fuerza magnética más fuerte se traduce en una
potencia 10 veces mayor generada por el reactor.
Como resultado, el diseño del MIT está destinado a lograr una ganancia neta de energía en una unidad mucho más pequeña.
Si pudo ir a campos más altos, puede hacer que la dimensión lineal sea más pequeña.
Puede reducir el tamaño.
Cuando se compara con el sistema ITER, que utiliza superconductores de baja temperatura, el
reactor SPARC que MIT y CFS están diseñando es solo el 2% de su tamaño.
Y esa es una reducción significativa en el costo y el tiempo de construcción.
¿Pero funciona?
El gran hito que el MIT y el CFS acaban de lograr en su prueba reciente fue armar
un imán de tamaño completo y ejecutarlo en pruebas como si se hubiera construido el tokamak completo.
Esa prueba salió muy bien ... ¿qué tan bien?
Alcanzó un campo magnético de 20 tesla.
Esa es la unidad que usamos.
No es el campo más alto jamás producido, ni el campo más alto jamás producido con HTS;
aquellos fueron producidos en pequeños imanes.
Pero es la combinación del tamaño y el campo lo que realmente lo coloca en una clase por sí mismo.
La conclusión es que esta prueba demostró las matemáticas y la teoría del diseño del reactor SPARC
de Commonwealth Fusion Systems.
Esta prueba fue la prueba de concepto final que necesitaban antes de pasar a la construcción completa.
Funcionó con mucho éxito y realmente se desbloqueó.
Fue la última pieza del rompecabezas que nos permitió continuar.
Hemos trabajado sobre la base de la física para este nuevo experimento y lo publicamos hace aproximadamente
un año.
No sé ustedes, pero estaba ... sobrecargado ... cuando escuché todo esto.
Y eso no es solo por mi conversación con Martin.
Después de 3 años de investigación, los científicos casi duplicaron la intensidad del campo, lo
que condujo a un aumento de diez veces en la generación de energía.
Es por eso que los líderes del proyecto ahora anuncian que este será un hito clave para la
construcción de un reactor de fusión positivo de energía baja en carbono.
MIT y CFS ahora ... apuntan a las estrellas ...
En 2025 harán una demostración de SPARC, el primer dispositivo de fusión de demostración del mundo que genera
una producción neta de energía.
Ahora solo tenemos que finalizar el diseño y construir la máquina.
Y esperamos que esté funcionando en 2025 y produzca energía de fusión poco después.
Entonces, ¿de cuánto poder estamos hablando?
Lo que usamos para nuestras estimaciones de cómo funcionará es el mismo conjunto de reglas
físicas que se usan para el experimento ITER.
Recuerde que se predice que ITER tendrá una Q mayor que 10 y también SPARC.
Para desarrollar este ... estelar ... prototipo, CFS ha recaudado más de 250 millones de dólares.
Puede ver por qué esto puede ... desencadenar ... una revolución en la fusión nuclear que podría reducir drásticamente
la infame ventana de 30 años.
Suena asombroso.
Pero, ¿hay algo ... estallando ... la burbuja de fusión magnética?
Debido al diseño compacto de SPARC, tendrá una mayor densidad de potencia, lo que significa
una mayor carga de calor generada en el núcleo del reactor durante el proceso de fusión.
Esa mayor carga de calor hace que la gestión de las altas temperaturas sea un desafío.
La estructura que rodea al imán debe mantenerse lo suficientemente fría para absorber las tensiones térmicas.
Pero no tendremos que esperar mucho para saber qué tan bien maneja eso porque en 4 años
la planta de prueba SPARC podrá verificar estas características técnicas.
Mientras tanto, los líderes del proyecto están planeando mucho trabajo entre bastidores.
Los hitos ahora, tal vez sean menos llamativos ... la finalización del primer edificio,
la finalización de la celda de prueba, la llegada de algunos componentes importantes.
Así que no van a ser grandes cosas llamativas, pero sí muy importantes para el proyecto.
Y hay una cosa que debo abordar.
Si ha estado siguiendo la investigación de la fusión, sabrá que todas estas pruebas de
reactores de fusión suelen ejecutarse durante unos pocos segundos a la vez.
Eso no es necesariamente un problema con los reactores de fusión en general, pero es cómo
se construyen estos dispositivos de prueba para ahorrar costos mientras prueban conceptos clave.
Estos experimentos suelen tener una duración de pulso muy, muy corta.
Debido a la física del experimento.
Quiero decir, las máquinas no están diseñadas
para ser de impulsos largos.
Tendrían que ser considerablemente más caras.
Habría muchos más costos por adelantado.
Ya te puedo escuchar.
¿Se producirá la fusión durante nuestra vida?
Si producimos energía neta en un dispositivo que se puede escalar de manera demostrable, eso atraerá fondos.
Básicamente, cambiará la narrativa de la fusión en 30 años siempre a, está bien, esto es
real, y atraería el tipo de inversión para comenzar a construir como industria.
Entonces, esa es nuestra hipótesis. Lo estamos probando.
Tenemos objetivos bastante audaces, pero tienes que tener objetivos audaces si quieres
jugar en esta arena en particular
. No sé si todavía estaremos a 30 años de la fusión en 4 años.
Bromas aparte, creo que una energía nuclear más barata y segura será esencial para el futuro
de la energía verde.
Si bien todavía hay muchos obstáculos que superar, este avance reciente demuestra
que obtener energía ilimitada de la fusión puede ser un objetivo realista y alcanzable
antes de lo que cree.
Entonces, ¿qué opinas de la fusión?
¿Crees que este hito reciente es un cambio de juego?
Salte a los comentarios y hágamelo saber.
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