La aparición de un reactor termonuclear se esperaba desde hace más de medio siglo. Las expectativas están tan recalentadas que ha surgido una teoría de la conspiración muy popular, como si en realidad se hubiera inventado hace mucho tiempo, pero los magnates petroleros ocultan la invención a las masas para no perder superbeneficios. Como cualquier teoría de la conspiración, tal teoría no resiste las críticas y sigue siendo un tema de prosa detectivesca. Sin embargo, comprender esto no niega la pregunta principal: ¿cuándo dominaremos la energía termonuclear?
SUNNY BOSTER
Una reacción termonuclear (o reacción de fusión nuclear), en la que los núcleos más ligeros se fusionan en otros más pesados, fue descrita por los físicos en la década de 1910. Y por primera vez fue observado por el científico inglés Ernst Rutherford. En 1919, empujó helio con nitrógeno a alta velocidad para producir hidrógeno y oxígeno pesado. Cinco años más tarde, Rutherford completó con éxito la síntesis de tritio de hidrógeno superpesado a partir de núcleos de hidrógeno pesado de deuterio. Casi al mismo tiempo, el astrofísico Arthur Eddington presentó una audaz hipótesis de que las estrellas arden debido al curso de reacciones termonucleares en sus intestinos. En 1937, el científico estadounidense Hans Bethe pudo probar la ocurrencia de reacciones termonucleares en el Sol; por lo tanto, Eddington tenía razón.
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La idea de reproducir un "fuego solar" en la Tierra perteneció al físico japonés Tokutaro Hagiwara, quien en 1941 sugirió la posibilidad de iniciar una reacción termonuclear entre núcleos de hidrógeno mediante una reacción en cadena explosiva de fisión de uranio - es decir, una explosión atómica debería crear condiciones (temperatura y presión ultra altas) para iniciar la fusión termonuclear. Un poco más tarde, Enrico Fermi, que participó en la creación de la bomba atómica estadounidense, tuvo la misma idea. En 1946, bajo el liderazgo de Edward Teller, se lanzó un proyecto de investigación sobre el uso de energía termonuclear en el Laboratorio de Los Alamos.
El primer dispositivo termonuclear fue detonado por el ejército estadounidense el 1 de noviembre de 1952 en el atolón Enewetok en el Océano Pacífico. Realizamos un experimento similar en 1953. Por lo tanto, la humanidad ha estado utilizando la fusión termonuclear durante más de sesenta años, pero solo con fines destructivos. ¿Por qué no puedes usarlo de manera más racional?
MAESTROS DE PLASMA
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Desde el punto de vista energético, la temperatura óptima del plasma para una reacción termonuclear es de 100 millones de grados. Esto es varias veces más alta que la temperatura en el interior del Sol. ¿Cómo ser?
Los físicos han propuesto mantener el plasma dentro de una "trampa magnética". A principios de la década de 1950, Andrei Sakharov e Igor Tamm calcularon la configuración de los campos magnéticos capaces de comprimir el plasma en un filamento delgado y evitar que cayera sobre las paredes de la cámara. Fue sobre la base del esquema que propusieron que se crearon numerosos tokamaks.
Se cree que el término "TOKAMAK" se originó como una abreviatura de la frase "CÁMARA TOroidal con bobinas magnéticas". De hecho, el elemento principal de diseño son las bobinas que crean un poderoso campo magnético. La cámara de trabajo del tokamak está llena de gas. Como resultado de la descomposición bajo la acción del campo de vórtice, se produce una mayor ionización del gas en la cámara, que lo convierte en plasma. Se forma un filamento de plasma que se mueve a lo largo de la cámara toroidal y es calentado por una corriente eléctrica longitudinal. Los campos magnéticos mantienen el cordón en equilibrio y le dan una forma que evita que toque las paredes y las queme.
Hasta la fecha, la temperatura del plasma en los tokamaks ha alcanzado los 520 millones de grados. Sin embargo, el calentamiento es el comienzo del viaje. Un tokamak no es una central eléctrica, al contrario, consume energía sin dar nada a cambio. Una planta de energía termonuclear debe construirse sobre diferentes principios.
En primer lugar, los físicos se decidieron por el combustible. Casi ideal para un reactor de potencia es una reacción basada en la fusión de núcleos de isótopos de hidrógeno: deuterio y tritio (D + T), como resultado de lo cual se forman un núcleo de helio-4 y un neutrón. El agua corriente servirá como fuente de deuterio y el tritio se obtendrá a partir del litio irradiado con neutrones.
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Luego, el plasma debe calentarse a 100 millones de grados y comprimirse fuertemente, manteniéndolo en este estado durante mucho tiempo. Desde el punto de vista del diseño de ingeniería, esta es una tarea increíblemente compleja y costosa. Es la complejidad y el alto costo lo que ha frenado el desarrollo de esta dirección de energía durante mucho tiempo. La empresa no estaba preparada para financiar un proyecto tan grande hasta que no hubo confianza en su éxito.
EL CAMINO AL FUTURO
La Unión Soviética, donde se construyeron tokamaks únicos, dejó de existir, pero la idea de dominar la energía termonuclear no murió, y los países líderes se dieron cuenta de que el problema solo podía resolverse juntos.
Y ahora se está construyendo el primer reactor termonuclear experimental para la ingeniería energética en el pueblo de Cadarache, en el sureste de Francia, cerca de la ciudad de Aix-en-Provence. Rusia, Estados Unidos, la Unión Europea, Japón, China, Corea del Sur, India y Kazajstán participan en la ejecución de este gran proyecto.
Estrictamente hablando, la instalación que se construirá en Cadarache aún no podrá operar como central termonuclear, pero puede acercar su tiempo. No es una coincidencia que se llamara ITER; esta abreviatura significa Reactor Termonuclear Experimental Internacional, pero también tiene un significado simbólico: en latín iter es un camino, un camino. Así, el reactor de Cadarash debería allanar el camino para la energía termonuclear del futuro, que asegurará la supervivencia de la humanidad tras el agotamiento de los combustibles fósiles.
ITER se estructurará de la siguiente manera. En su parte central, hay una cámara toroidal con un volumen de unos 2000 m3, llena de plasma de tritio-deuterio calentado a temperaturas superiores a los 100 millones de grados. Los neutrones formados durante la reacción de fusión salen de la "botella magnética" ya través de la "primera pared" entran en el espacio libre de la manta de aproximadamente un metro de espesor. Dentro del manto, los neutrones chocan con los átomos de litio, lo que da como resultado una reacción con la formación de tritio, que se producirá no solo para el ITER, sino también para otros reactores si se construyen. En este caso, la "primera pared" se calienta mediante neutrones a 400 ºC. El calor liberado, como en las estaciones convencionales, es tomado por el circuito de enfriamiento primario con un refrigerante (que contiene, por ejemplo, agua o helio) y transferido al circuito secundario, donde se produce vapor de agua.yendo a turbinas que generan electricidad.
La instalación de ITER es verdaderamente una megamáquina. Su peso es de 19.000 toneladas, el radio interior de la cámara toroidal es de 2 metros, el radio exterior es de más de 6 metros. La construcción ya está en pleno apogeo, pero nadie puede decir con certeza cuándo se recibirá la primera salida de energía positiva en la instalación. Sin embargo, el ITER prevé producir 200.000 kWh, lo que equivale a la energía contenida en 70 toneladas de carbón. La cantidad requerida de litio está contenida en una mini batería para una computadora y la cantidad de deuterio está contenida en 45 litros de agua. Y será una energía absolutamente limpia.
Al mismo tiempo, el deuterio debería ser suficiente para millones de años, y las reservas de litio de fácil extracción son suficientes para satisfacer la necesidad durante cientos de años. Incluso si se agotan las reservas de litio en las rocas, los físicos podrán extraerlo del agua de mar.
ITER definitivamente se construirá. Y, por supuesto, me alegro de que nuestro país participe en este proyecto de futuro. Solo los especialistas rusos tienen muchos años de experiencia en la creación de grandes imanes superconductores, sin los cuales es imposible mantener el plasma en el filamento: ¡gracias a los tokamaks!
Anton Pervushin
