Reactor de fusió nuclear

Reactor de fusió nuclear

El Joint European Torus ( JET ) basat en un disseny de tokamak, va anar un proyecte europeu conjunt l'objectiu principal del qual era aplanar el camí cap a la futura generació d'energia per mig de fusió nuclear.

Els reactors de fusió nuclear o reactors de fusió atòmica són proyectes experimentals viables, que es troben en procés de disseny i realisació. S'utilisaran per a la generació d'energia a partir de la fusió termonuclear d'ions confinats per mig d'una implosió o per camps magnètics.

En un intent per replicar els processos de fusió nuclear que es produïxen en l'interior de les estreles, alguns organismes internacionals planegen l'estudi i el desenroll de les diferents tecnologies, necessàries per a portar a terme la construcció de centrals termonuclears de fusió a on la demanda ho precise.

Per mig del desenroll d'un full de ruta, estes tecnologies han de provar la seua viabilitat, seguritat i eficiència.

A partir del primer quarto de sigle, començaran a posar-se en marcha els models experimentals més importants. Serà llavors quan els diferents reactors, demostraren les seues capacitats en un context ecològic.

A partir de l'any 2050, si se supera en èxit el proyecte DEMO; ITER, junt a les demés propostes internacionals, començaren la construcció de centrals de fusió per tot el planeta.

Les reserves necessàries del combustible utilisat, (deuteri i triti) són pràcticament inagotables. S'estudien combustibles que ademés d'oferir una alta generació d'energia, oferixquen els millors estàndarts de seguritat i respecte de l'entorn.

Història

En 1854 Hermann von Helmholtz junt a William Thomson, primer baró Kelvin, varen descriure el procés que es coneix com mecanisme de Kelvin-Helmholtz que postulava que si la matèria d'una estrela cau cap al seu centre, l'estrela es contraurà gradualment, i en contrapartida emetrà radiació durant molt temps.

Va caldre esperar fins al coneiximent de la física nuclear i en 1920, Arthur Eddington, va anar el primer en sugerir que les estreles obtenien la seua energia a partir de la fusió nuclear de l'hidrogen en heli. En 1928, George Gamow va deduir el cridat "factor de Gamow", una fòrmula mecànic-quàntica que dona la provabilitat de trobar a una temperatura determinada dos núcleus suficientment pròxims com per a que puguen botar-se la barrera coulombiana. El factor de Gamow va ser usat en eixa década per l'astrònom anglés Atkinson i el físic austríac Houtermans i més vesprada pel propi Gamow i per Teller per a calcular el ritme en el que les reaccions nuclears es produïen a les altes temperatures existents en l'interior de les estreles.

En 1939, en un artícul titulat Energy Production in Stars, el físic alemà-nortamericà Hans Bethe, va descriure el mecanisme de la fusió de núcleus d'hidrogen en l'interior del sol, conegut com "el cicle de Bethe", obtenint el Premi Nobel de Física en 1967.

Ya en 1950 els físics soviètics Ígor Tamm i Andréi Sájarov varen dissenyar una botella magnètica, el tokamak, apropiada per a confinar un plasma. Les seues posteriors investigacions sobre armes nuclears apartarien del proyecte a Sájarov. Eixe mateix any Lyman Spitzer va començar a dissenyar un reactor Stellarator, en lo que més vesprada seria el Laboratori de Princeton de Física de Plasma.

Els primers intents de generar energia a partir de la fusió nuclear es varen realisar de forma independent entre sí i baix secret militar. En 1956, Ígor Kurchátov, exjefe del programa de bombes atòmiques soviètiques, va trencar el secret en una conferència en el centre d'investigació de Harwell en Anglaterra. En la segona conferència nuclear internacional de Ginebra en 1958, es va decidir per primera volta donar a conéixer els resultats i enfortir la cooperació internacional, també en vista de les grans dificultats tecnològiques.

Més tart va supondre un gran alvanç per a la Fusió nuclear, la publicació d'un rellevant artícul en 1957 per Margaret Burbidge, Geoffrey Burbidge, Fowler i Hoyle. Este treball posterior al d'Hans Bethe, va arreplegar i va refinar les investigacions anteriors en un marc coherent que va donar explicació a les diferents abundància dels elements.

En la primavera de 1956, Oleg Lavréntiev va ser desmovilizar de l'eixèrcit i enviat a l'Institut de Física i Tecnologia de Járkov (KIPT), Járkov, RSS d'Ucrània, URSS, i va presentar el seu informe sobre la teoria de les trampes electromagnètiques al director de l'Institut, Kyrylo Synélnykov. En 1958, l'Institut de Física i Tecnologia de Járkov va construir la primera trampa electromagnètica.

Un sorprenent récort de temperatura es va establir en el tokamak soviètic T3 en 1968 en 10 millons de graus en 10 milisegons. En acabant de que açò es va donar a conéixer en Occident i el disseny de tokamak es va convertir en la base de casi tots els experiments rellevants posteriors.

En Europa el Tractat Euratom es va firmar en 1958, en el que sis països es varen comprometre inicialment a treballar junts en el camp de l'energia nuclear i l'investigació nuclear. En 1973, es va decidir construir el Joint European Torus (JET) en Culham (Gran Bretanya), que actualment és el tokamak més gran. En 1983, va entrar en funcionament el reactor. El 9 de novembre de 1991, es va lliberar per primera volta en el JET una cantitat significativa d'energia procedent de la fusió nuclear controlada. Un plasma de deuteri-triti va proporcionar una producció d'1,8 megavats durant dos segons. En 1997, es va conseguir una producció de fusió de 16 megavats, encara que es varen requerir 24 megavats per al calfament del plasma.

Des del récort de temperatura soviètic en 1968, l'Universitat de Princeton nortamericana havia treballat intensament en proyectes de tokamak junt en el concepte de Stellarator. El reactor de prova de fusió Tokamak (TFTR) en el Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) va conseguir èxits similars als de el JET europeu competidor. En 1994, es varen alcançar 10,7 megavats de potència de fusió i, en 1995, una temperatura de plasma de 510 millons de °C. L'operació TFTR, de 1983 a 1997. De 1999 a 2016, es va portar a terme una investigació sobre el successor National Spherical Torus Experiment (NSTX).

Fusió estelar

La fusió d'àtoms llaugers com l'hidrogen a temperatures extremadament altes, que es produïx en l'interior de les estreles, en tots els racons de l'univers. Este confinament gravitatorio, pot considerar-se la font natural d'energia més important que coneixem.

Tota la massa estelar, en contraure's i fusionar-se baix la pressió extrema de confinament gravitatorio, fa que l'hidrogen es reconvertixca en heli (He). En estes reaccions, aproximadament 0,5 per cent de la massa de l'hidrogen es convertix en energia, d'acort en la famosa equació d'Einstein I = mc2, que relaciona la massa i l'energia. D'esta manera, les estreles irradian energia en modalitat de llum i de calor. solament fins a cert punt