O enfoque de produción de enerxía de fusión do Reino Unido tomou forma co anuncio do programa STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) en 2019. A súa primeira fase (2019-2024) rematou coa publicación dun deseño conceptual para o prototipo de motor de fusión integrado. Basearase no uso do campo magnético para confinar plasma mediante máquinas tokamak, pero o STEP do Reino Unido usará un tokamak esférico en lugar do tradicional tokamak en forma de rosquilla que se utiliza no ITER. Pénsase que un tokamak esférico ten varias vantaxes. A planta construirase en Nottinghamshire e espérase que estea operativa a principios da década de 2040.
A necesidade dunha fonte fiable de enerxía limpa para satisfacer a crecente demanda de enerxía da crecente poboación e da economía mundial que podería axudar rapidamente a afrontar os retos (sobre os combustibles fósiles esgotables, a emisión de carbono e o cambio climático, os riscos ambientais asociados aos reactores nucleares de fisión e a pobreza). escalabilidade das fontes renovables) nunca se sentiu tan intensamente como no momento actual.
Na natureza, a fusión nuclear alimenta as estrelas, incluíndo o noso sol, que teñen lugar no núcleo das estrelas onde prevalecen as condicións de fusión (é dicir, unha temperatura extremadamente alta nun rango de centos de millóns de graos centígrados e presión). A capacidade de crear condicións de fusión controladas na terra é clave para unha enerxía limpa ilimitada. Isto implica construír un ambiente de fusión cunha temperatura moi elevada para provocar colisións de alta enerxía, que teña suficiente densidade de plasma para aumentar a probabilidade de colisións e que poida confinar o plasma durante unha duración suficiente para permitir a fusión. Obviamente, a infraestrutura e a tecnoloxía para confinar e controlar o plasma superquecido é o requisito clave para a explotación comercial da enerxía de fusión. En todo o mundo están a ser explorados e aplicados diferentes enfoques para o confinamento de plasma cara á realización comercial da enerxía de fusión.
Fusión de confinamiento inercial (ICF)
No enfoque de fusión inercial, as condicións de fusión créanse comprimindo e quentando rapidamente unha pequena cantidade de combustible de fusión. A National Ignition Facility (NIF) do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) usa a técnica de implosión impulsada por láser para implosionar cápsulas cheas de combustible de deuterio-tritio usando raios láser de alta enerxía. NIF logrou a ignición por fusión por primeira vez en decembro de 2022. Posteriormente, a ignición por fusión demostrouse en tres ocasións en 2023, o que confirmou a proba de concepto de que se pode explotar a fusión nuclear controlada para satisfacer as necesidades de enerxía.
Confinamento magnético do enfoque de plasma
O uso de imáns para confinar e controlar o plasma para a fusión estase a probar en moitos lugares. IITER, a colaboración máis ambiciosa de enerxía de fusión de 35 nacións con sede en St. Paul-lez-Durance, no sur de Francia, utiliza un toro de anel (ou dispositivo magnético de rosquilla) chamado tokamak que está deseñado para confinar o combustible de fusión durante longos períodos a temperaturas suficientemente altas para que se produza a ignición por fusión. Un concepto líder de confinamento de plasma para centrais de enerxía de fusión, os tokamaks poden manter a reacción de fusión mentres haxa estabilidade do plasma. O tokamak de ITER será o máis grande do mundo.
Programa de fusión STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) do Reino Unido:
Do mesmo xeito que ITER, o programa de fusión STEP do Reino Unido baséase no confinamento magnético de plasma mediante tokamak. Non obstante, o tokamak do programa STEP terá forma esférica (en lugar da forma de rosquilla de ITER). Un tokamak esférico é compacto, rendible e pode ser máis fácil de escalar.
O programa STEP anunciouse en 2019. A súa primeira fase (2019-2024) rematou co lanzamento dun deseño conceptual para o prototipo de motor de fusión integrado.
Un número temático de Philosophical Transactions A da Royal Society, titulado "Entregando enerxía de fusión: o tokamak esférico para a produción de enerxía (STEP)O 15 de agosto de 26 publicáronse 2024 artigos revisados por pares nos que se detallan o progreso técnico do programa para deseñar e construír a primeira planta prototipo do Reino Unido para producir electricidade a partir da fusión. Os artigos recollen unha instantánea completa das tecnoloxías de deseño e esquema necesarios e da súa integración nunha planta prototipo a principios da década de 2040.
O programa STEP ten como obxectivo allanar o camiño para a viabilidade comercial da fusión demostrando a enerxía neta, a autosuficiencia de combustible e unha ruta viable para o mantemento da planta. Leva un enfoque holístico para entregar unha planta prototipo totalmente operativa que tamén considera a desactivación como parte do deseño.
***
Referencias:
- Goberno do Reino Unido. Comunicado de prensa: o Reino Unido é líder mundial no deseño de centrais de fusión. Publicado o 03 de setembro de 2024. Dispoñible en https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design
- 'Delivering Fusion Energy - O Tokamak esférico para a produción de enerxía (STEP). A edición temática da Royal Society de Philosophical Transactions A,. Os 15 artigos revisados por pares do número temático publicado o 26 de agosto de 2024. Dispoñible en https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280
- Investigadores do Reino Unido revelan deseños para unha nova central eléctrica de fusión. Ciencia. 4 de setembro de 2024. DOI: https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a
***
Artigos relacionados
- Ananas marróns (BD): o telescopio James Webb identifica o obxecto máis pequeno formado de forma estrela (5 de xaneiro de 2024)
- 'Fusion Ignition' demostrouse por cuarta vez no Lawrence Laboratory (20 2023 de decembro)
- Fusion Ignition convértese nunha realidade; O punto de equilibrio enerxético alcanzado no Lawrence Laboratory (15 2022 de decembro)
***
