La fusión por confinamiento inercial

La fusión por confinamiento inercial ha pasado de ser una técnica para realizar pruebas seguras de armas nucleares a una candidata firme para la producción comercial de energía. Los reactores de fusión nuclear utilizan el combustible más abundante y barato (el agua del mar), no tienen emisiones de carbono y sus residuos nucleares son mínimos; todo son ventajas, pero la fusión nuclear tiene un gran inconveniente, nadie sabe si es viable. Nadie ha logrado mantener una reacción de fusión autosostenida por tiempo suficiente para garantizar su uso comercial como fuente de energía. Nadie sabe si algún día se logrará. Dos artículos en Science nos recuerdan que, tras sesenta años de investigación, se espera que en los próximos años se logre la ignición de un reactor de fusión por confinamiento inercial en el NIF (National Ignition Facility) del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), una instalación láser que ha costado unos 3500 millones de dólares (muy barata comparada con el coste de ITER, el reactor de fusión por confinamiento magnético que se está construyendo en Cadarache, Francia. El objetivo principal de NIF no es la producción de energía, sino el estudio de armas nucleares, pero si se logra la ignición se espera un cambio radical en los objetivos de NIF. ¿Se lograra la ignición antes de que finalice la construcción de ITER? Los estadounidenses nunca pierden la esperanza y su revista estrella (Science) se hace eco de ello en Daniel Clery, “Inertial Confinement Fusion: Fusion Power’s Road Not Yet Taken,” Science 334: 445-448, 28 October 2011, y Daniel Clery, “Inertial Confinement Fusion: Step by Step, NIF Researchers Trek Toward the Light,” Science 334: 449-450, 28 October 2011.

Read more

 

El cambio climático, la disminución de las reservas de petróleo y la búsqueda de fuentes de energía alternativas son motivos más que suficientes para que los políticos se interesen en la fusión nuclear. Steven Chu, Secretario de Energía de EE.UU. y premio Nobel de Física, sigue con atención los esfuerzos del NIF y ha visitado el LLNL en varias ocasiones. Pero como dice Glen Wurden, del Laboratorio Nacional de Los Álamos (LANL) en Nuevo México, la ignición en el NIF será como el primer vuelo de los hermanos Wright, un hito histórico pero “la madera, la tela y el alambre de los Wright están muy alejados de un Boeing 747 comercial.”

NIF
National Ignition Facility

Source- https://lasers.llnl.gov/multimedia/video_gallery/

A collection of short videos regarding various aspects of the National Ignition Facility.

Wired Science heads to the National Ignition Facility, where an enormous 192-beam laser bay may become capable of fusing hydrogen atoms into helium - creating an endless, clean source of energy.

La gran instalación científica está situada en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, en California y por su complejidad y tamaño (un edificio de 10 pisos con una extensión de tres campos de rugby) sólo es comparable al acelerador LHC, en Ginebra y al reactor ITER, en construcción en Francia. Precisamente el ITER pretende conseguir también la fusión, pero por otro camino, el del confinamiento magnético.

El experimento se lleva a cabo en una gigantesca instalación científica del NIF, que tiene el tamaño de un estadio de fútbol y sólo es comparable con el Gran Acelerador de Hadrones (LHC) de Ginebra -que pronto comenzará a funcionar a gran intensidad

Imagine a sphere much smaller than a pea releasing enough energy to supply all of the electricity needs of the United States for a brief moment in time. How could this be possible? At the National Ignition Facility, a huge laser in Livermore, California, scientists and engineers are nearly ready to make this a reality. Edward Moses, the Project Manager at National Ignition Facility, explains how energy can be compressed to extreme power levels to potentially provide for a future of clean energy for our world.

Creating a star on Earth is the goal of the National Ignition Facility (NIF), the world's largest laser. When completed in 2009, NIF will focus 192 giant laser beams on a BB-sized target filled with hydrogen fuel - fusing, or igniting, the hydrogen atoms' nuclei. This is the same fusion energy process that provides the life-giving energy from the sun. NIF Director, Ed Moses, describes how NIF works and its potential to provide a limitless supply of clean, safe energy.

El láser del NIF dispara los pulsos más energéticos del mundo, de 1,8 millones de julios (MJ), pero un reactor comercial tendrá que realizar entre 10 y 16 disparos por segundo (unos 1,4 millones de disparos al día). Por ahora estos números son utópicos (de hecho la configuración actual solo …), el láser del NIF no está diseñado para lograr una frecuencia de disparos tan alta. Por ello los investigadores del NIF han propuesto una ruta alternativa, más rápida y de menor riesgo hacia un reactor comercial, el proyecto piloto denominado LIFE (Laser Inertial Fusion Energy). Su propuesta es construir un reactor de fusión en 12 años (una vez se demuestre la ignición en NIF). Por supuesto, hay muchos escépticos que creen que estos números son demasiado optimistas. La idea de LIFE es utilizar 192 láseres pequeños, en lugar de uno solo, cada uno de ellos de solo 8 kilojulios (kJ), totalizando unos 1,5 MJ. El gran problema de NIF (y de LIFE) es la eficiencia de la conversión de energía inyectada en la cápsula de combustible en energía útil para la ignición. Se estima una eficiencia del 25%, luego los 1,8 MJ se reducen a solo 0,4 MJ.

Los investigadores de los Laboratorios Sandia confían en que podrán mejorar la eficiencia de la conversión de energía láser en energía para la ignición mediante un fenómeno llamado pinzamiento axial (o Z pinch). Una corriente eléctrica muy fuerte a través de un plasma conductor produce un campo magnético alrededor del plasma que produce una fuerza que comprime el plasma. Si la cápsula con el combustible tiene la forma de un cilindro con deuterio y tritio, el pinzamiento axial podría lograr una eficiencia de conversión de energía muy alta. En los laboratorios Sandia se ha desarrollado la máquina Z (cuya fotografía abre esta entrada) que almacena una enorme cantidad de energía eléctrica y produce pulsos eléctricos muy cortos, unos 100 nanosegundos, pero muy intensos, de hasta 27 mega-amperios (MA). En la actualidad la máquina Z se utiliza para producir rayos X (y para ciertas aplicaciones militares). Una versión más energética de la máquina Z podría ser útil para producir la ignición de la fusión (las estimaciones teóricas actuales indican que se requiere un mínimo de 60 MA).

También se están investigando otras alternativas, como la técnica llamada magneto-fusión inercial, que combina confinamiento inercial y confinamiento magnético para ayudar a contener el plasma de deuterio y tritio. Por el momento estas alternativas están poco estudiadas y es muy difícil saber si son prometedoras, o solo parecen prometedoras.

Lo que todo el mundo tiene muy claro en el campo de la fusión por confinamiento inercial es que recabar financiación abundante de los gobiernos requiere demostrar que la ignición es posible, no solo en teoría, sino con una demostración práctica. La instalación que lo logre se convertirá en el candidato más prometedor y será el foco de la mayor parte de la financiación. Mientras tanto, las diferentes propuestas deben competir entre ellas para ver quien es la primera que logra la ignición. Todo el mundo es optimista con su propuesta favorita, pero el gobierno no puede permitirse financiar todas ellas en pie de igualdad.

La máquina Z de los Laboratorios Nacionales Sandia

Fotografías tan espectaculares como las que abre esta entrada y el secreto con el que se mantienen algunos de los experimentos militares que se realizan con la máquina Z llevan a mucha gente a pensar que la fusión nuclear por pinzamiento axial (Z pinch) será la vencedora de la carrera hacia la financiación a espuertas. Pero debemos poner los pies sobre la tierra. En realidad la imagen que abre esta entrada es una fotografía de larga exposición de arcos eléctricos (como los rayos de una tormenta) sobre la superficie de un tanque de agua; estos arcos son un subproducto de la operación de la máquina Z y no son un objeto de investigación en sí mismos. El grupo de Electromagnetismo de los Laboratorios Sandia está investigando la generación de rayos en tormentas pero utiliza otra instalación diferente, el Simulador de Rayos Sandia (Sandia Lightning Simulator), que puede producir rayos de hasta 200 kA (kiloamperios) y trenes de rayos de cientos de amperios separados por pocos milisegundos. Estos rayos son similares a los que se producen en las tormentas, por lo que su producción controlada en el laboratorio permite estudiar cómo afectan a los almacenes de cabezas nucleares, a los dipositivos electrónicos de control de misiles, aviones militares, aviones civiles, trenes, etc. Destaca en los Sandia su grupo de supercomputación paralela, el primero en el mundo que logró superar en simulaciones electromagnéticas 1 Tflop/s (un billón de operaciones flotantes por segundo). El siguiente vídeo os muestra la instalación de simulación de rayos.

Los Laboratorios Nacionales Sandia se crearon en 1949 para la investigación de las armas nucleares que fueron desarrolladas por el Proyecto Manhattan. El objetivo original de estos laboratorios era convertir la física nuclear desarrollada en Los Alamos y en los Laboratorios Nacionales Lawrence Livermore en armas nucleares. El fin de la guerra fría y la caída de la Unión Soviética conllevaron un lavado de cara de los Laboratorios Sandia que han reorientado una parte de su investigación a aplicaciones civiles. Y la aplicación civil estrella es la producción de energía “gratis” por fusión nuclear. El siguiente vídeo nos “vende” el programa de fusión nuclear en los laboratorios Sandia.

La máquina Z es la estrella de los Laboratorios Sandia, pero hay gran número de otras instalaciones únicas en el mundo que compiten por ser las primeras en demostrar la ignición nuclear. Nadie puede saber cual será la que vencerá en esta competición. Pero lo que está claro es que este tipo de instalaciones tienen gran número de aplicaciones más allá de lograr la fusión, por ejemplo, la máquina Z estudia plasmas de alta densidad como los que hay en el interior de los planetas, de las estrellas y en otros objetos astrofísicos. Esta investigación fundamental es complementaria a su investigación aplicada. El siguiente vídeo nos lo cuenta.

En resumen, la fusión nuclear promete ser una fuente gratis de energía y la fusión por confinamiento inercial una alternativa factible para lograrla. Pero ya sabemos que la ignición sostenida de la fusión lleva varias décadas a 20 años vista y quizás siga estándolo. Es un proceso físico muy difícil de controlar y los avances de los últimos años nos hacen tener esperanzas, pero no a corto plazo… habrá que esperar todavía unos 20 años o quizás algunos más...[]

http://francisthemulenews.wordpress.com

D. Manuel Perlado. Director de instituto de Fusión Nuclear de la UPM.
D. Francisco Castejón. Técnico de CIEMAT

Conferencia en la EUITT Telecomunicación del Campus Sur.

Vídeo Realizado por el Gabinete de Tele-Educación de la Universidad Politécnica de Madrid.

Related links

Científicos norteamericanos alcanzan los 111 millones de grados centígrados

Energía nuclear con torio

http://abiertohastaelamanecer.ws/?x=entry:entry110112-021805

http://abiertohastaelamanecer.ws/?x=entry:entry110204-003752

http://abiertohastaelamanecer.ws/?x=entry:entry110307-234843

 

 

 

ITER

El ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor, en español Reactor Termonuclear Experimental Internacional) es un proyecto de gran complejidad ideado, en 1986, para demostrar la factibilidad científica y tecnológica de la fusión nuclear. El ITER se construirá en Cadarache (Francia) y costará 10.300 millones de euros, convirtiéndolo en el tercer proyecto más caro de la historia, después de la Estación Espacial Internacional y del Proyecto Manhattan. Iter, además, significa el camino en latín, y este doble sentido refleja el rol de ITER en el perfeccionamiento de la fusión nuclear como una fuente de energía para usos pacíficos.

Su objetivo es probar todos los elementos necesarios para la construcción y funcionamiento de un reactor de fusión nuclear que serviría de demostración comercial, además de reunir los recursos tecnológicos y científicos de los programas de investigación desarrollados en ese entonces por la Unión Soviética, los Estados Unidos, Europa (a través de EURATOM) y Japón. El ITER cuenta con el auspicio de la IAEA, así como una forma de compartir los gastos del proyecto.

El reactor experimental de fusión nuclear está basado en el diseño ruso, llamado tokamak. Éste es la base de la construcción del modelo de demostración comercial.

El ITER está diseñado para calentar un plasma de Hidrógeno gaseoso hasta 100 millones de grados centígrados. El ITER debería generar su primer plasma hacia el año 2016 y estar plenamente operativo en el 2022.

ITER se basa en el concepto de "tokamak" de confinamiento magnético, en la que se contiene el plasma en una cámara de vacío con forma toroidal. El combustible - una mezcla de deuterio y tritio, dos isótopos del hidrógeno - se calienta a temperaturas superiores a los 150 millones °C, formando un plasma caliente. Los fuertes campos magnéticos se utilizan para mantener el plasma de las paredes, los cuales son producidos por bobinas superconductoras que rodea al contenedor, y por una corriente eléctrica impulsada a través del plasma.

El problema reside en la enorme dificultad de comprimir el hidrógeno de un modo uniforme. En las estrellas la gravedad comprime el hidrógeno en una esfera perfecta de modo que el gas se caliente uniforme y limpiamente.En las condiciones del diseño del reactor esta uniformidad es muy difícil de alcanzar.

Los actuales socios del consorcio son: Unión Europea (UE), Rusia (en reemplazo de la Unión Soviética), Estados Unidos (entre 1999-2003), Corea del sur,China (desde febrero de 2003), India y Japón. Entre 1992-2004 participó Canada

El 21 de mayo de 2006 se anuncia que físicos estadounidenses han superado uno de los problemas de la fusión nuclear usando el modelo Tokamak, el fenómeno llamado modos localizados en el borde, o ELMs (por sus siglas en inglés) que provocaría una erosión del interior del reactor, obligando a su reemplazo frecuentemente.

En un artículo publicado el domingo 21 de mayo de 2000 en la revista británica Nature Physics, un equipo dirigido por Todd Evans de la empresa General Atomics, California, anuncia que descubrieron que un pequeño campo magnético resonante, proveniente de las bobinas especiales ubicadas en el interior de la vasija del reactor, crea una interferencia magnética “caótica” en el borde del plasma que detiene la formación de flujos.

Ver infografia grande
Infografia cortesia de www.consumer.es

El 24 de mayo de 2006 los siete socios del proyecto ITER --Unión Europea, Japón, Estados Unidos, Corea del Sur, la India, Rusia y China-- firmaron en Bruselas el acuerdo internacional para el lanzamiento del reactor de fusión internacional con el modelo Tokamak, que se construirá en Cadarache, en el Sudeste de Francia usando el diseño Tokamak. Los costes de construcción del reactor se estimaron en 4.570 millones de euros y la duración de la construcción en 10 años. La UE y Francia se comprometieron a contribuir con el 50% del coste, mientras que las otras seis partes acordaron aportar cada una alrededor del 10%.

Durante el proceso para definir emplazamiento del centro de investigación y del futuro reactor de fusión se presentaron varios inconvenientes. Durante el mes de Noviembre existe una pugna entre Francia y España por la obtención de la candidatura de la UE para situar el ITER. La opción española tras descartar algunas fue Vandellós. En diciembre de 2003 los seis miembros no pudieron decidirse entre situarlo en Francia o en Japón. Al parecer, por motivos políticos los Estados Unidos estuvieron en contra de la candidatura de Francia (se presume que se debió a su negativa a apoyar la invasión de Irak de 2003), lo cual dificultó la decisión definitiva. El 26 de diciembre de 2003, se elige finalmente la candidatura de Cadarache como la opción de la UE.

Se llegó a plantear la posibilidad de que la UE siguiese adelante con el proyecto sin Japón y Estados Unidos. Esto fue sugerido por la Comisión Europea y por Francia, que contaban con que la aportación de estos dos países podría sustituirse con la entrada de nuevos socios y con aumentos de los países de la UE. Se había anunciado que India, Suiza y Brasil estarían dispuestos a participar en el proyecto europeo.

Los sitios candidatos fueron:

Cadarache (Cerca de Marsella), (contaba con el apoyo de la UE, Rusia y China)
Rokkasho, Japón (contaba con el apoyo de Estado Unidos, Japón y Corea del Sur)
El 28 de junio de 2005 en Moscú, se llegó finalmente a un acuerdo sobre la localización del reactor, que será ubicado en Cadarache.

La UE asumirá el 40% de los costos de construcción, Francia costeará un 10% adicional mientras que los cinco socios restantes sufragarán 10% cada uno.

El Primer ministro de Francia en ese momento, Dominique de Villepin, consideró que el ITER conllevaría la creación de 4.000 puestos de trabajo en su país.

http://www.iter.org/

Bibliografia Wikipedia.org

La actualidad de los grandes proyectos en Fisica.

Científicos norteamericanos alcanzan los 111 millones de grados centígrados

Primeras evidencias visibles del proceso de fusión fría

Energía nuclear híbrida

La energía infinita

Energía de fusión fría

El láser más grande del mundo se acerca a la fusión nuclear

Primeras evidencias visibles del proceso de fusión fría

Europa no tiene dinero para el ‘súper reactor’

Energía nuclear híbrida

Infografia cortesia de http://www.consumer.es/

Should Google Go Nuclear? Clean, cheap, nuclear power

Horizon Nuclear Fusion

Nuclear Fusion ITER

One Response to La fusión por confinamiento inercial

  1. ¿Hay necesidad de gastare tanto dinero en tan poco tiempo? No tenemos los hombres mejores prioridades científicas, por no decir humanas. Y nadie se molesta con eso, me pregunto: ¿Por qué? ¿No sacamos lección de estos elefantes blancos durante la guerra fría? Cuando los privados no ponen mucho dinero en un proyecto, sabemos los pocos beneficios que trae.
    Hay fuentes de energías mejores por 20 siglos en este planeta. ¿Cuál es el apuro? Muchos países como Brasil, Venezuela,… tienen enormes reservas de petróleo pesado, que las mismas compañías irán accediendo en la medida que las investigaciones demuestren su rentabilidad. El Kw de energía solar seguirá siendo mucho más caro, por décadas, que el de combustible fósil, Pueden decir lo que quieran, la realidad es esa, no mis deseos. Los precios del combustible desde la investigación antimonopolio impuesta contra Rockefeller; hace tantos anos que ya nadie se acuerda, se supo que eso es un secreto grial, pero nada que ver con que esta escaso, con eso dormían a mi abuela cuando chiquita. Es verdad que las economías emergentes le han metido presión al mercado, pero todo es mas manipulación de la opinión publica para vender caro. La fusión fría es la que nos meten en el cerebro todos los días.
    http://www.elnuevoherald.com/2011/10/30/1056200/eeuu-tras-la-conquista-del-mercado.html
    http://www.eluniversal.com/2011/07/20/venezuela-es-el-lider-global-en-reservas-de-petroleo.shtml
    Mira la cuenca del Orinoco…
    http://www.pdvsa.com/PESP/Pages_pesp/aspectostecnicos/produccion/reservas.html
    http://www.lanacion.com.ar/1004328-hallan-en-brasil-la-tercera-reserva-de-petroleo-mas-grande-del-mundo
    Hay más países que están explorando o tienen proyectos de exploración más prometedores, en cuanto a calidad del crudo. ¿Estamos flotando en crudo? Cuando veo esto me doy cuenta que en la tierra paso algo más que ese carbonífero y la desaparición de los dinosaurios. La tierra era otra cosa muy distinta en esas épocas a lo que nos dicen. ¿Qué comían tantos animales tan grandes?, tubo que haber en nuestro planeta una riqueza ecológica excepcional, algo extraordinaria era la tierra de esos tiempos, ya desconfío de lo que nos esta dando la geología.