Físicos dan un nuevo paso para lograr la fusión

Prueban con éxito una tecnología clave en la generación a gran escala de esta energía de las estrellas, que promete ser limpia, segura e inagotable

ABC.es.- Hace apenas un mes, dos investigadores de la Universidad de Princeton anunciaban una posible solución al desarrollo de la fusión como fuente de producción de energía eléctrica en todo el mundo. La energía de fusión es la que utilizan las estrellas para mantenerse activas y, de poder ser llevada a cabo a gran escala -de momento, solo se ha conseguido de forma experimental, en pequeñas cantidades y con un gran coste económico-, podría suponer una fuente de energía segura, limpia y prácticamente inagotable. Físicos de todo el mundo trabajan en hacer realidad esta maravilla con un enorme esfuerzo.

Pero uno de los mayores problemas de la fusión es poder fabricar un reactor que contenga el plasma a altísimas temperaturas, absolutamente necesarias para que el proceso funcione. Ahora, un equipo de la Universidad de Tennessee, en Knoxville (EE.UU.), ha dado un paso más para solventar esta dificultad. Han probado con éxito una tecnología que podrá aislar las mil toneladas delsolenoide central, un dispositivo capaz de crear una zona de campo magnético uniforme para mantener su interior a 100 millones de grados.

El proceso de fusión une partículas de hidrógeno en vez de dividirlas, al contrario de la energía nuclear, hasta que se convierten en helio, a temperaturas infernales que pueden superar los cien millones de grados. Un reactor de fusión utiliza campos magnéticos para confinar el plasma en su interior, por lo que el solenoide central, el dispositivo que crea ese campo magnético, que consta de varias bobinas gigantes apiladas una encima de otra, resulta indispensable para encender y dirigir la corriente de plasma.

«No como en Japón»

Los investigadores han utilizado una fibra de vidrio y una mezcla química de epoxi líquida a elevadas temperaturas y dura cuando es tratada para crear el solenoide. Esta tecnología ha requerido cuatro años de trabajo.

El equipo de Tennessee forma parte del proyecto ITER, un reactor experimental de la Unión Europea, EE.UU. y otros cinco países que se construye actualmente en Cadarache (Francia). Costará 15.000 millones de euros. Sus responsables esperan que la gran infraestructura comience a operar en 2020 y que la energía de fusión sea masiva antes de 2040. Sus partidarios aseguran que merece la pena invertir en esta energía limpia, que apenas tiene riesgos, abundante y que puede durar millones de años.

«El objetivo del ITER es para ayudar a traer la energía de fusión al mercado comercial», dice Madhu Madhukar, uno de los físicos que participan en el proyecto. «La energía de fusión es más segura y más eficiente que la energía de fisión nuclear. No hay peligro de reacciones en cadena, como lo que ocurrió en Japón y Chernobil, y hay pocos residuos radiactivos».

Fusión vs fisión: la energía del futuro

Los científicos luchan por lograr una fuente energética limpia, barata,segura e inagotable.

ABC.es.- Una fuente de energía barata, limpia, segura e inagotable. Es el sueño del futuro y para alcanzarlo todas las miradas están puestas en la fusión nuclear. Es el mismo mecanismo que utilizan las estrellas para emitir luz y calor durante milones y millones de años. Pero a día de hoy, la tecnología de la que se dispone no lo hace posible. Para generar la energía por fusión hace falta gastar otra aún mayor en el proceso. Simplemente, no es rentable.

La fusión se contrapone a la fisión, el método utilizado por las 435 centrales nucleares que existen repartidas por el mundo. La diferencia entre ambas es simple. La fisión consiste en separar núcleos de átomos provocando su choque mediante el impacto con un electrón. La colisión libera energía al crear dos núcleos distintos y generar dos nuevos electrones que a su vez colisionan con otro núcleo, y así sucesivamente hasta producir una reacción en cadena. Cuando este proceso se realiza de forma controlada da lugar a la producción de energía para uso doméstico pero descontrolada desemboca en una explosión nuclear.

La fusión sigue el camino contrario. Consiste en la unión de dos núcleos, proceso que igualmente libera energía. Pero en este caso las ventajas son infinitamente superiores. En primer lugar se puede originar mediante el uso de elementos abundantes en la naturaleza, como es el caso del hidrógeno. En cambio para la fisión se usa por regla general uranio o en su caso plutonio, escasos y altamente radiactivos. La primera, por tanto, representa un proceso inagotable y no contaminante.

Pero existe un problema. La fusión necesita vencer la resistencia magnética entre ambos núcleos del mismo signo. Al igual que dos polos positivos de un imán, los núcleos se repelen. La forma más viable de provocar su unión es sometiéndolos a unas temperaturas extremadamente altas, que se alcanzan mediante un gasto energético previo demasiado elevado. Así, la fusión, hoy por hoy, no resulta rentable.

El ser humano aún no ha dado con la tecla para emular a las estrellas. Para conseguirlo se están llevando a cabo múltiples proyectos. Y el más importante de ellos es el ITER, un laboratorio gigante para la fusión que cuenta con un presupuesto de 10.300 millones de euros -el tercero más alto de la historia para un proyecto científico- y en el que participan la UE, EE UU, Rusia, China, India y Japón.

¿Mito o realidad?

La pasada semana los investigadores Andrea Rossi y Sergio Focardi, de la Universidad de Bolonia, anunciaron haber hallado el secreto de la fusión fría, un fenómeno que gran parte de la comunidad científica considera un mito inviable. Consistirá en conseguir la unión de los núcleos, vencer su capacidad para repelerse, sin necesidad de someter a los átomos a tantos grados.

El proceso se realizaría a temperatura ambiente. Según Rossi y Focardi, su fusión fría está lista para empezar a producir energía: “Si alguien tiene una tecnología válida, ese alguien no tiene que convencer a la gente a base de charlas, tiene que construir un reactor que funcione y salir a venderlo, como nosotros estamos haciendo". Aún así, deberán demostrar que han sido capaces de resolver una ecuación que muchos creen imposible.

La fusión nuclear, caliente o fría, puede cambiar el mundo. Petróleo y uranio dejarían paso a una fuente de energía universal. Una auténtica barra libre de la que se servirían ricos y pobres por igual. Sin restricciones ni abusos. Pero surge una cuestión: ¿Interesa a todos convertir este sueño en realidad?

ITER: ENERGÍA NUCLEAR LIMPIA A TRAVÉS DE LA FUSIÓN

Rolando Páucar Jáuregui (*)

Físico Nuclear

Suplemento Ciencia y Tecnología- Diario La Primera .- En el contexto casi siempre desfavorable para la energía nuclear como alternativa tecnológica energética, se le atribuye no ser limpia, el proyecto ITER resulta una alternativa más que interesante, importante pues si resulta exitoso se estaría nada menos que resolviendo la crisis energética, sin destruir el medio ambiente.. Este proyecto está integrado por grupos de investigadores de Canadá, China, Corea del Sur, Estados Unidos, Japón, Rusia y la Unión Europea (UE) y lleva décadas trabajando en el desarrollo de un reactor de fusión con el que poder demostrar que este método de producción energético es viable.

Como se sabe, la fusión nuclear es el proceso que tiene lugar en el corazón del Sol. Allí, debido a las altísimas temperaturas y las enormes presiones, los núcleos de los átomos de hidrógeno vencen la repulsión electrostática que los separa, se funden entre sí dando lugar a átomos de helio y liberando una gran cantidad de energía. Es lo contrario a lo que ocurre en los reactores de las centrales nucleares tradicionales que se basan en la fisión; es decir, en el aprovechamiento de la energía que se libera de la división del núcleo del átomo.

Hay formas de conseguir la energía nuclear de fusión, el confinamiento magnético y el confinamiento inercial. El confinamiento magnético consigue crear y mantener la reacción gracias a grandes campos magnéticos que hacen las veces de muros de contención de las cargas nucleares.  Puesto que el plasma esta formado por partículas cargadas, éstas deben moverse describiendo hélices a lo largo de las líneas magnéticas. Disponiendo estas líneas de manera que se cierren sobre sí mismas y estén contenidas en una región limitada del espacio, las partículas estarán confinadas a densidades más modestas durante tiempos lo suficientemente largos como para conseguir muchas reacciones de fusión.

En el caso del confinamiento inercial, el calentamiento se consigue con láseres de gran potencia y el confinamiento del plasma con la propia inercia de la materia. Este plasma se contiene por muy poco tiempo (microsegundos), pero a densidades muy altas (produciéndose muchas reacciones).  La investigación actual se está inclinando más por el confinamiento magnético.

El Proyecto ITER, “camino” en latín, tiene como objetivo demostrar que se puede obtener energía de la fusión de los núcleos de los átomos de hidrogeno. Como todo proyecto no sólo es necesario determinar la viabilidad técnica sino también económica de la fusión nuclear por confinamiento magnético para la generación de energía eléctrica, como fase previa a la construcción de una instalación de demostración comercial.

La idea es que el ITER produzca helio a partir de núcleos ligeros como el deuterio y el tritio, variedades o isótopos de núcleos de hidrógeno, el elemento más simple del Universo. La dificultad reside en que para iniciar reacciones termonucleares de fusión se requiere calentar un gas de deuterio y tritio a temperaturas cercanas a los 100 millones de grados. De tal manera se obtiene plasma, un estado de la materia en el que se vence la repulsión entre los núcleos de los átomos. Este plasma debe confinarse en un espacio relativamente reducido para que los núcleos de deuterio y tritio choquen entre sí y se unan produciendo un núcleo de helio y un neutrón. En vista de que no hay recipiente que soporte ese calor, el plasma se retiene con campos magnéticos mediante potentes imanes, que forran las paredes del túnel del reactor.

Entre las tecnologías empleadas para la construcción y posterior funcionamiento y mantenimiento de este proyecto destacan la robótica, superconductividad, microondas, aceleradores y los sistemas de control. Cabe mencionar que en el reactor nuclear del  ITER no se producirá energía eléctrica, se probaran las soluciones a los problemas que necesitan ser resueltos para hacer viables los futuros reactores de fusión nuclear. Se estima que este ambicioso proyecto de investigación dará sus primeros resultados a partir de 2050.

La ventaja de la fusión es que se trata de una fuente energética casi inagotable. Los combustibles que utiliza son baratos, abundan y no son radiactivos; además, el sistema es seguro y no hay contaminación atmosférica. Hasta ahora dos máquinas han producido energía de fusión en Oxford y Princeton. Pero el ITER será el primero que liberará diez veces la cantidad de energía que consuma

En nuestro país hemos trabajado durante muchos años con la tecnología de la fisión del uranio, tenemos dos reactores nucleares de investigación que han permito principalmente la producción de radioisótopos para el tratamiento de pacientes en medicina nuclear. Esperamos que en un futuro no muy lejano contemos con la masa crítica de físicos nucleares que nos permita abordar  investigaciones de fusión nuclear.

(*)Presidente del Instituto de Investigación para la Energía y el Desarrollo

 

ITER, energía nuclear limpia a través de la fusión

Por : Rolando Paucar Jauregui / Físico Nuclear

 

Blogs.Perú 21.pe.- Como se sabe, la fusión nuclear es el proceso que tiene lugar en el corazón del Sol. Allí, debido a las altísimas temperaturas y a las enormes presiones, los núcleos de los átomos de hidrógeno vencen la repulsión electrostática que los separa, se funden entre sí dando lugar a átomos de helio y liberando una gran cantidad de energía.

Es lo contrario a lo que ocurre en los reactores de las centrales nucleares tradicionales que se basan en la fisión; es decir, en el aprovechamiento de la energía que se libera de la división del núcleo del átomo. 

Hay formas de conseguir la energía nuclear de fusión, el confinamiento magnético y el confinamiento inercial. El confinamiento magnético consigue crear y mantener la reacción gracias a grandes campos magnéticos que hacen las veces de muros de contención de las cargas nucleares.  Puesto que el plasma esta formado por partículas cargadas, estas deben moverse describiendo hélices a lo largo de las líneas magnéticas. Disponiendo estas líneas de manera que se cierren sobre sí mismas y estén contenidas en una región limitada del espacio, las partículas estarán confinadas a densidades más modestas durante tiempos lo suficientemente largos como para conseguir muchas reacciones de fusión.

 

En el caso del confinamiento inercial, el calentamiento se consigue con láseres de gran potencia y el confinamiento del plasma con la propia inercia de la materia. Este plasma se contiene por muy poco tiempo (microsegundos), pero a densidades muy altas (produciéndose muchas reacciones).  La investigación actual se está inclinando más por el confinamiento magnético. 

El Proyecto ITER, "camino" en latín, tiene como objetivo demostrar que se puede obtener energía de la fusión de los núcleos de los átomos de hidrogeno. Como todo proyecto no solo es necesario determinar la viabilidad técnica sino también económica de la fusión nuclear por confinamiento magnético para la generación de energía eléctrica, como fase previa a la construcción de una instalación de demostración comercial.

En el contexto casi siempre desfavorable para la energía nuclear como alternativa tecnológica energética, se le atribuye no ser limpia, el proyecto ITER resulta una alternativa más que interesante, importante pues si resulta exitoso se estaría nada menos que resolviendo la crisis energética, sin destruir el medio ambiente. Este proyecto está integrado por grupos de investigadores de Canadá, China, Corea del Sur, Estados Unidos, Japón, Rusia y la Unión Europea (UE) y lleva décadas trabajando en el desarrollo de un reactor de fusión con el que poder demostrar que este método de producción energético es viable. 

La idea es que el ITER produzca helio a partir de núcleos ligeros como el deuterio y el tritio, variedades o isótopos de núcleos de hidrógeno, el elemento más simple del Universo. La dificultad reside en que para iniciar reacciones termonucleares de fusión se requiere calentar un gas de deuterio y tritio a temperaturas cercanas a los 100 millones de grados. De tal manera se obtiene plasma, un estado de la materia en el que se vence la repulsión entre los núcleos de los átomos. Este plasma debe confinarse en un espacio relativamente reducido para que los núcleos de deuterio y tritio choquen entre sí y se unan produciendo un núcleo de helio y un neutrón. En vista de que no hay recipiente que soporte ese calor, el plasma se retiene con campos magnéticos mediante potentes imanes, que forran las paredes del túnel del reactor. 

Entre las tecnologías empleadas para la construcción y posterior funcionamiento y mantenimiento de este proyecto destacan la robótica, superconductividad, microondas, aceleradores y los sistemas de control. Cabe mencionar que en el reactor nuclear del  ITER no se producirá energía eléctrica, se probarán las soluciones a los problemas que necesitan ser resueltos para hacer viables los futuros reactores de fusión nuclear. Se estima que este ambicioso proyecto de investigación dará sus primeros resultados a partir del 2050.

En nuestro país hemos trabajado durante muchos años con la tecnología de la fisión del uranio, tenemos dos reactores nucleares de investigación que han permito principalmente la formación de profesionales nucleares y la producción de neutrones para sus múltiples aplicaciones. 

Expertos estiman que energía solar y fusión nuclear cubrirán la demanda de toda la humanidad

Se debe considerar al aumento de la población mundial en los próximos años.

 

La República.pe.- Los especialistas del Reactor Internacional Termonuclear Experimental (ITER) señalaron que el futuro de las necesidades energéticas mundiales podrán ser cubiertas únicamente gracias a la energía solar y la fusión.

Carlos Alejaldre, director general de ITER, confirmó la construcción de un reactor que reproduzca las reacciones de fusión que tienen lugar en el Sol y otras estrellas, las mismas que permitirán generar la suficiente energía para mantener satisfecha la demanda.

"Desde julio de 2010 nos encontramos en la fase de construcción de los diferentes edificios. Es una fase mucho más importante y todos los socios han reiterado su compromiso con los presupuestos del proyecto", expresó en una entrevista concedida a la agencia EFE.

Se sabe que el proyecto cuenta con el apoyo de un socio japonés y de otras partes del mundo y que podría contar con una inversión de más de 10 mil millones de euros.

De igual manera, Alejaldre comentó que era muy posible que en los próximos 40 o 50 años del presente siglo, el desembarco masivo de tecnología permita mejorar los métodos de generación de energía.

¿Podrá la energía nuclear salvar el mundo?

El JET, la máquina más grande del planeta que imita a las estrellas para obtener energía, comienza sus experimentos después de 22 meses de parón

Diario ABC.es .- La energía de fusión tiene una propuesta impecable. Plantea imitar a las estrellas para obtener una fuente de energía inagotable, segura y limpia, una promesa de futuro para el mundo. De la misma forma que el Sol consigue mantenerse, se trata de unir partículas en vez de dividirlas, que es lo que hace la energía nuclear. El planteamiento es hermoso, pero su puesta en práctica complicada, muy ardua y, de momento, exageradamente cara.

La esperanza en el desarrollo de este tipo de energía, hasta que un gigantesco laboratorio llamado ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional) se construya en Francia a mediados de la década de 2020, reside en el JET ( Joint European Torus), la máquina más grande del mundo para la fusión por confinamiento magnético, ubicada en Culhman (Inglaterra). Esta maravilla de la Física ha comenzado su primera serie de experimentos después de 22 meses en los que ha permanecido inactiva para mejorar su potencia e instalaciones.

Los investigadores, dirigidos por el físico británico Steven Cowley, responsable del centro para la Fusión de Culham, investigan la capacidad de la fusión para generar una energía segura, limpia, sin gases de efecto invernadero y prácticamente sin límites para las generaciones futuras. En realidad, la energía de fusión es el intento de imitar el proceso de liberación de energía que se produce cuando los núcleos atómicos ligeros se fusionan para formar átomos más pesados.

Este proceso ocurre en las estrellas, y los físicos esperan que pueda ser reproducido en las plantas de energía de fusión en la Tierra. En un reactor de fusión, los núcleos de isótopos de hidrógeno, deuterio y tritio se fusionan para producir helio y neutrones a alta energía, pero hace falta que la temperatura ronde los 150 millones de grados, un proceso muy difícil de conseguir en el que intervienen campos magnéticos. El JET es la única instalación capaz de operar con una mezcla de deuterio y tritio, el combustible que se utilizará en el proyecto ITER.

Un pequeño ITER

Durante su etapa de descanso, el JET ha sido equipado con un nuevo muro, lo que le permitirá convertirse en la primera máquina de fusión que probará los materiales que serán utilizados en el ITER. Los científicos han cambiado aproximadamente 86.000 componentes, utilizando tecnología de manipulación a distancia. De esta forma, sabrán si lo que se proyecta para el gran reactor termonuclear de Francia responde a las expectativas. Es, en palabras de Francesco Romanelli, uno de los responsables del laboratorio, como «construir un pequeño ITER».

Otra de las mejoras realizadas en esta revisión real del proceso de fusión es un aumento del 50% de la potencia de calor. Con esta potencia extra, las temperaturas de chorro de plasma llegan más alto y acercarse a las condiciones del ITER.

Para los científicos, estas mejoras suponen un paso muy importante en un camino largo y tortuoso. En el año 97, el JET obtuvo 16 MW, suficiente para proporcionar energía a una localidad pequeña de 16.000 habitantes, aunque por poco tiempo. Ahora, el desafío es conseguir que sea energía sea más abundante y asequible.

Europa gastará 6.000 millones de euros en el proyecto ITER, pero los expertos creen que, con suerte y si es que realmente funciona, la fusión no será masiva ni llegará a los hogares hasta la segunda mitad de este siglo, cuando existan cien reactores. Para algunos, ésta es la única fórmula para evitar un panorama energético inquietante en el que las centrales nucleares parecen inevitables y el carbón y el petróleo apenas durarán otros 200 años.

La alternativa nuclear es la fusión, energía sostenible que llegará en 2050

Madrid, 24 abr (EFE).- El carácter masivo y sostenible de la energía de fusión nuclear, cuya plena operatividad se prevé para 2050, se perfila como la gran alternativa a la cuestionada fisión nuclear y el problema de los residuos, según las conclusiones de un foro, en Madrid, con un nutrido grupo de físicos internacionales.

Entre los asistentes a estas jornadas, recién celebradas en la Fundación Ramón Areces, destaca el japonés Osamu Motojima, que es el director del potente reactor de energía de fusión ITER, en proceso de construcción en Cadarache (Francia), y cuyo objetivo es recrear en este gran aparato en la Tierra las propiedades y la energía de las estrellas.

También ha asistido el director adjunto del ITER, el español Carlos Alejaldre, a este foro, cuya coordinación ha corrido a cargo de Carlos Hidalgo, presidente del Grupo de Plasmas de la Real Sociedad Española y responsable de la División de Física Experimental del CIEMAT dentro del Laboratorio Nacional de Fusión.

Tanto Carlos Hidalgo como Osamu Motojima han coincidido en destacar en sendas entrevistas con Efe "el ambicioso" reto que supone la construcción de este aparato experimental que es el ITER para la consolidación futura de la energía de fusión y que previsiblemente empezará a generar sus primeros plasmas en 2019.

Frente a la fusión está la fisión, que es la otra energía nuclear, y que es la que funciona actualmente en el mundo, dado que la anterior está en fase experimental; la energía de fisión es, por ejemplo, la que se genera en la central Fukushima de Japón, afectada por un trágico terremoto y tsunami ocurridos recientemente.

Los procesos energéticos en el caso de la fisión se producen por la división en varios fragmentos de un núcleo atómico pesado (uranio, plutonio) por el bombardeo de neutrones.

Frente a los riesgos de la fisión y sus residuos, la energía nuclear alternativa es la fusión, por su condición tanto masiva, como segura; en caso de accidente el reactor se detendría inmediatamente, según los científicos.

Otra fortaleza es su carácter no contaminante, puesto que se obtiene a partir de un recurso natural inagotable, barato y limpio: el agua.

Esta energía de fusión es producida por la colisión de los núcleos de los isótopos del hidrógeno, que se fusionan a temperaturas extremadamente altas para formar el plasma.

Precisamente el sol es una masa gaseosa de electrones libres y átomos altamente ionizados o gran bola de plasma, que es como se denomina el cuarto estado de la naturaleza más allá de los tradicionales sólido, líquido y gaseoso.

La opinión mayoritaria en las jornadas ha sido que la energía de fusión previsiblemente desbancará a la cuestionada energía de fisión, que ha visto incrementadas las críticas desde ciertos sectores en las últimas semanas como consecuencia de la crisis nuclear en Japón, según el director del ITER, precisamente de origen nipón.

Pese a ello, ha añadido, no parece probable que ni Japón, ni el resto del mundo, vayan a renunciar de forma inmediata a la energía nuclear de fisión dado que hoy por hoy no existe alternativa energética viable para sustituirla.

Aunque las consecuencias del accidente de la central japonesa están todavía pendientes de evaluación global, el trágico suceso probablemente anime a un desarrollo más rápido de la energía de fusión por su seguridad, ha proseguido el científico.

Por su parte, Hidalgo ha explicado que los investigadores han conseguido grandes avances con la energía de fusión y han logrado recrear las propiedades de las estrellas.

No obstante, todavía falta el desarrollo tecnológico que permita mantenerlas confinadas de forma duradera en un aparato capaz de soportar altísimas temperaturas y que el proceso sea rentable.

"Necesitamos grandes bovinas superconductoras para generar campos magnéticos que confinen el plasma a temperaturas relevantes para la fusión nuclear. Además, sistemas para el calentamiento inicial de la materia para alcanzar las condiciones de fusión nuclear", ha añadido.

También se requieren sistemas de radiofrecuencia, así como sistemas de haces de partículas muy energéticas para transferir energía al gas inicial y un reactor con materiales que soporten las cargas térmicas y el efecto de los neutrones que se generan en la fusión. EFE