El 30 de septiembre, a las 9:25 pm EDT, los científicos e ingenieros del Centro de Ciencia y Fusión de Plasma del MIT dieron un salto adelante en la búsqueda de energía limpia. El equipo estableció un nuevo récord mundial de presión de plasma en el Alcator C del Instituto- Reactor de fusión nuclear Mod tokamak. La presión del plasma es el ingrediente clave para producir energía a partir de la fusión nuclear, y el nuevo resultado del MIT logra más de 2 atmósferas de presión por primera vez.
El líder de Alcator y científico investigador senior Earl Marmar presentará los resultados en la Conferencia Fusion Energy de la Agencia Internacional de Energía Atómica, en Kyoto, Japón, el 17 de octubre.
La fusión nuclear tiene el potencial de producir suministros casi ilimitados de energía limpia, segura y libre de carbono. La fusión es el mismo proceso que alimenta el sol, y puede realizarse en reactores que simulan las condiciones de las "estrellas" en miniatura ultracalientes deplasma gas sobrecalentado contenido en un campo magnético.
Durante más de 50 años se sabe que para que la fusión sea viable en la superficie de la Tierra, el plasma debe estar muy caliente más de 50 millones de grados, debe ser estable bajo una presión intensa y debe estar contenido en unvolumen. La fusión exitosa también requiere que el producto de tres factores, la densidad de partículas de un plasma, su tiempo de confinamiento y su temperatura, alcance un cierto valor. Por encima de este valor el llamado "producto triple", la energía liberadaen un reactor excede la energía requerida para mantener la reacción en marcha.
La presión, que es el producto de la densidad y la temperatura, representa aproximadamente dos tercios del desafío. La cantidad de energía producida aumenta con el cuadrado de la presión, por lo que duplicar la presión conduce a un aumento de cuatro veces en la producción de energía.
Durante los 23 años que Alcator C-Mod ha estado en funcionamiento en el MIT, ha avanzado repetidamente el récord de presión de plasma en un dispositivo de confinamiento magnético. El récord anterior de 1.77 atmósferas se estableció en 2005 también en Alcator C-ModMientras establecía el nuevo récord de 2.05 atmósferas, una mejora del 15 por ciento, la temperatura dentro de Alcator C-Mod alcanzó más de 35 millones de grados Celsius, o aproximadamente el doble del calor del centro del sol. El plasma produjo 300 billones de reacciones de fusión por segundo.y tenía una intensidad de campo magnético central de 5,7 teslas. Llevaba 1,4 millones de amperios de corriente eléctrica y se calentaba con más de 4 millones de vatios de potencia. La reacción se produjo en un volumen de aproximadamente 1 metro cúbico no mucho más grande que un armario de abrigoy el plasma duró dos segundos completos.
Otros experimentos de fusión realizados en reactores similares a Alcator han alcanzado estas temperaturas, pero a presiones cercanas a 1 atmósfera; los resultados del MIT excedieron la siguiente presión más alta alcanzada en dispositivos que no son Alcator en aproximadamente un 70 por ciento.
Si bien las contribuciones de Alcator C-Mod al avance de la energía de fusión han sido significativas, es una instalación de investigación científica. En 2012, el DOE decidió dejar de financiar a Alcator debido a las presiones presupuestarias de la construcción de ITER. Tras esa decisión, elEl Congreso de los Estados Unidos restauró los fondos para Alcator C-Mod por un período de tres años, que finalizó el 30 de septiembre.
"Este es un logro notable que destaca el exitoso programa Alcator C-Mod en el MIT", dice Dale Meade, ex subdirector del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton, que no participó directamente en los experimentos ". La presión plasmática récordvalida el enfoque de alto campo magnético como un camino atractivo para la energía de fusión práctica ".
"Este resultado confirma que las altas presiones requeridas para un plasma en llamas se pueden lograr mejor con tokamaks de alto campo magnético como Alcator C-Mod", dice Riccardo Betti, profesor de Ingeniería Mecánica y Física Robert L. McCrory yAstronomía en la Universidad de Rochester.
Alcator C-Mod es el único reactor de fusión de alto campo magnético compacto del mundo con una configuración avanzada en un diseño llamado tokamak una transliteración de una palabra rusa para "cámara toroidal", que confina el plasma sobrecalentado en una rosquillaen forma de cámara. El campo magnético de alta intensidad de C-Mod - hasta 8 teslas, o 160,000 veces el campo magnético de la Tierra - le permite al dispositivo crear plasmas densos y calientes y mantenerlos estables a más de 80 millones de grados.el campo magnético es más del doble de lo que se usa típicamente en otros diseños, lo que cuadruplica su capacidad para contener la presión del plasma.
C-Mod es el tercero en la línea de tokamaks de alto campo magnético, primero defendido por el profesor de física del MIT Bruno Coppi, para ser construido y operado en el MIT. Ron Parker, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación, dirigió su diseñoEl profesor Ian Hutchinson del Departamento de Ciencia e Ingeniería Nuclear dirigió su construcción y los primeros 10 años de funcionamiento hasta 2003.
A menos que se anuncie y construya un nuevo dispositivo, el récord de presión establecido en C-Mod probablemente se mantendrá durante los próximos 15 años. ITER, un tokamak actualmente en construcción en Francia, tendrá un volumen aproximadamente 800 veces mayor que Alcator C-Mod, pero funcionará en un campo magnético más bajo. Se espera que ITER alcance 2.6 atmósferas cuando esté en pleno funcionamiento para 2032, según un informe reciente del Departamento de Energía.
Alcator C-Mod también es similar en tamaño y costo a las opciones de fusión magnética no tokamak que están buscando las compañías de fusión privadas, aunque puede alcanzar presiones 50 veces más altas ". Los tokamaks compactos de alto campo ofrecen otra oportunidad emocionante para acelerar el desarrollo de energía de fusión, para que esté disponible lo suficientemente pronto como para marcar la diferencia en problemas como el cambio climático y el futuro de la energía limpia, objetivos que creo que todos compartimos ", dice Dennis Whyte, profesor de ingeniería de Hitachi America, director de Plasma Science and FusionCentro, y jefe del Departamento de Ciencia e Ingeniería Nuclear del MIT.
Estos experimentos fueron planeados por el equipo del MIT y colaboradores de otros laboratorios en los EE. UU., Incluyendo el Laboratorio de Física de Plasma de Princeton, el Laboratorio Nacional de Oak Ridge y General Atomics, y se llevaron a cabo en el último día de operación del Alcator C-ModLa instalación Alcator C-Mod, que cerró oficialmente después de 23 años de operación el 30 de septiembre, deja un profundo legado de colaboración. La instalación ha contribuido a más de 150 tesis doctorales y docenas de proyectos de investigación interinstitucionales.
Para comprender cómo los principios de diseño de Alcator C-Mod podrían aplicarse a la generación de energía, el grupo de fusión del MIT está trabajando para adaptar los superconductores de alta temperatura y campo alto recientemente disponibles que serán capaces de producir campos magnéticos de mayor fuerza sin consumir electricidado generar calor. Estos superconductores son un ingrediente central de una planta piloto conceptual llamada Reactor Robusto Compacto Asequible ARC, que podría generar hasta 250 millones de vatios de electricidad.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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