En el campo de la fusión nuclear, algunos van a lo grande en su búsqueda de una energía limpia e ilimitada, como los que están construyendo el edificio de siete pisos que albergará el ITER, el mayor reactor tokamak del mundo. Otros, por su parte, trabajan en diseños más compactos y asequibles en un intento de hacer avanzar la tecnología, que es el caso que nos ocupa
Un nuevo avance de los científicos del MIT demuestra que algunos de los mayores progresos podrían provenir de estos proyectos de menor envergadura, ya que el equipo ha revelado el desarrollo de un imán superconductor que ha batido récords, el más potente de su tipo en el mundo.
El desarrollo del novedoso imán fue dirigido por científicos del MIT que trabajan en el diseño de un reactor de fusión experimental revelado por primera vez en 2015. Llamado ARC (asequible, robusto y compacto), el reactor es un tokamak con forma de donut que, al igual que el ITER, trata de recrear las condiciones del interior de nuestro Sol, donde los átomos de hidrógeno se fusionan bajo temperaturas y presiones extremas para liberar cantidades masivas de energía limpia. Sin embargo, el ARC tendrá la mitad de tamaño que el ITER, con un radio de 3,3 m.
Ya sea el ITER, el ARC o los reactores de fusión que giran y se retuercen como el estelarizador Wendelstein 7-X en Alemania, la física y el objetivo general son prácticamente los mismos. Los isótopos de hidrógeno, deuterio y tritio, se introducen en la cámara y se sobrecalientan para formar un plasma giratorio, que debe quedar suspendido e impedir que se desvíe hacia las paredes o hacia algo sólido. Y para lograrlo, los imanes son la clave.
Ya sean las bobinas magnéticas desalineadas que funcionan en el Wendelstein 7-X, o la secuencia ordenada y repetitiva de bobinas magnéticas que se ve en los tokamaks convencionales, todos están diseñados para generar campos magnéticos tan intensos que puedan inmovilizar el plasma el tiempo suficiente para que se produzcan las reacciones de fusión. Pero los científicos que trabajan en el ARC han buscado una tecnología de imanes con un punto clave de diferencia.
Figura 1. Se utilizaron cintas de un material superconductor disponible en el mercado como base para el imán que batió el récord
Mientras que el ITER utiliza imanes superconductores para controlar su plasma, es decir, imanes de baja temperatura que se convierten en superconductores cuando se enfrían a unos -269 °C (-452,2 °F). En cambio, los científicos del ARC quieren utilizar lo que llaman superconductores de alta temperatura, que permiten un campo magnético mucho mayor en menos espacio.
El equipo ha estado trabajando con una cinta disponible en el mercado que viene en bobinas y se despliega en una cinta plana que se convierte en superconductora a temperaturas más altas y produce un campo magnético más fuerte. Dado que, en teoría, esta cinta confinaría mejor el plasma, el reactor podría ser más pequeño y más barato de construir.
Con esta cinta como punto de partida, los científicos del MIT, junto con la empresa Commonwealth Fusion Systems (CFS), han pasado los últimos tres años tratando de convertirla en un imán de alta potencia para utilizarlo en un dispositivo de demostración llamado SPARC, un banco de pruebas para el ARC que tendrá aproximadamente la mitad de su tamaño.
El producto final del equipo es un imán que utiliza 267 km de la cinta superconductora para formar 16 placas, que se apilan dentro de una caja en forma de D. Este imán se enfría a unos -253,15 °C (-423,7 °F), momento en el que se convierte en superconductor y produce un potente campo magnético.
“Construimos un imán superconductor, el primero de su clase”, dice Joy Dunn, jefe de operaciones del CFS.
Agregó: “Ha sido necesario un gran trabajo para crear procesos de fabricación y equipos únicos. Como resultado, ahora estamos bien preparados para aumentar la producción de SPARC”.
“Empezamos con un modelo físico y un diseño asistido por ordenador, y trabajamos con muchos desarrollos y prototipos para convertir un diseño en papel en este imán físico real”, siguió comentando el Sr. Dunn.
Figura 3.Los científicos han construido y probado el imán de fusión más potente del mundo
En las pruebas, el equipo aumentó gradualmente el imán superconductor hasta que generó un campo magnético récord con una fuerza de 20 tesla, lo que lo convierte en el campo magnético más potente jamás logrado con un imán de fusión.
El nuevo imán alcanzó una fuerza de 20 tesla, lo que lo convierte en el campo magnético más potente jamás logrado con un imán de fusión.
El equipo, que ya ha publicado una serie de artículos de física que demuestran la viabilidad del SPARC, considera que su nuevo imán es la pieza que faltaba en el rompecabezas, y afirma que el imán permite lograr un campo magnético que sería igual al que se vería en un reactor de 40 veces su tamaño utilizando imanes superconductores de baja temperatura.
“El nicho que estábamos llenando era utilizar la física del plasma convencional y los diseños e ingeniería convencionales de los tokamak, pero aportando esta nueva tecnología de imanes”, dice Martin Greenwald, del MIT.
“Así que no necesitábamos innovar en media docena de áreas diferentes. Sólo innovaríamos en el imán, y luego aplicaríamos la base de conocimientos de lo aprendido en las últimas décadas”.
Figura 3. Una impresión artística del SPARC, un reactor de demostración
En la actualidad, ningún reactor de fusión ha demostrado la capacidad de generar más energía de la que necesita para funcionar, y lograr este “punto de equilibrio” sería un momento histórico. Con su nuevo y potente imán, los científicos creen haber dado un paso importante hacia ese objetivo.
“Ahora soy realmente optimista en cuanto a que el SPARC puede conseguir energía neta positiva, basándome en el rendimiento demostrado de los imanes”, dice Maria Zuber, vicepresidenta de investigación del MIT.
“El siguiente paso es ampliar la escala, construir una central eléctrica real. Todavía quedan muchos retos por delante, entre los que destaca el desarrollo de un diseño que permita un funcionamiento fiable y sostenido. Y teniendo en cuenta que el objetivo es la comercialización, otro gran reto será el económico. ¿Cómo se diseñan estas centrales para que sea rentable construirlas y desplegarlas?”.
La finalización del SPARC está prevista para 2025. A continuación puedes escuchar a algunos de los científicos que participan en la investigación.
Noticia tomada de: New Atlas / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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