L'enfocament de producció d'energia de fusió del Regne Unit va prendre forma amb l'anunci del programa STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) el 2019. La seva primera fase (2019-2024) ha arribat a la seva fi amb el llançament d'un disseny conceptual per al prototip de central elèctrica de fusió integrada. Es basarà en l'ús del camp magnètic per confinar el plasma mitjançant una màquina tokamak, però el STEP del Regne Unit utilitzarà un tokamak esfèric en lloc del tokamak tradicional en forma de donut que s'utilitza a ITER. Es creu que un tokamak esfèric té diversos avantatges. La planta es construirà a Nottinghamshire i s'espera que entri en funcionament a principis de la dècada de 2040.
La necessitat d'una font fiable d'energia neta per satisfer la creixent demanda energètica de la població creixent i de l'economia mundial que podria ajudar ràpidament a fer front als reptes (que plantegen els combustibles fòssils esgotables, l'emissió de carboni i el canvi climàtic, els riscos ambientals associats als reactors de fissió nuclear i la pobresa). escalabilitat de les fonts renovables) mai s'ha sentit tan intensament com en l'actualitat.
A la natura, la fusió nuclear alimenta les estrelles, inclòs el nostre sol, que tenen lloc al nucli de les estrelles on predominen les condicions de fusió (és a dir, temperatura extremadament alta en el rang de centenars de milions de graus centígrads i pressió). La capacitat de crear condicions de fusió controlades a la terra és clau per a una energia neta il·limitada. Això implica construir un entorn de fusió amb una temperatura molt elevada per provocar col·lisions d'alta energia, que tingui la densitat de plasma suficient per augmentar la probabilitat de col·lisions i que podria confinar el plasma durant una durada suficient per permetre la fusió. Òbviament, la infraestructura i la tecnologia per confinar i controlar el plasma sobreescalfat és el requisit clau per a l'explotació comercial de l'energia de fusió. S'estan explorant i aplicant diferents enfocaments arreu del món per al confinament del plasma cap a la realització comercial de l'energia de fusió.
Fusió de confinament inercial (ICF)
En l'enfocament de fusió inercial, les condicions de fusió es creen comprimint i escalfant ràpidament una petita quantitat de combustible de fusió. El National Ignition Facility (NIF) del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) utilitza la tècnica d'implosió impulsada per làser per implosionar càpsules plenes de combustible deuteri-triti mitjançant raigs làser d'alta energia. NIF va aconseguir la ignició per fusió per primera vegada el desembre de 2022. Posteriorment, l'ignició per fusió es va demostrar en tres ocasions el 2023, la qual cosa va confirmar la prova de concepte que la fusió nuclear controlada es pot explotar per satisfer les necessitats energètiques.
Confinament magnètic de l'enfocament de plasma
L'ús d'imants per confinar i controlar el plasma per a la fusió s'està provant en molts llocs. L'IITER, la col·laboració d'energia de fusió més ambiciosa de 35 nacions amb seu a St. Paul-lez-Durance, al sud de França, utilitza un torus anell (o dispositiu magnètic de rosquilla) anomenat tokamak que està dissenyat per contenir el combustible de fusió durant llargs períodes a temperatures prou altes per que es produeixi l'encesa per fusió. Un concepte de confinament de plasma líder per a les centrals elèctriques de fusió, els tokamaks poden mantenir la reacció de fusió sempre que hi hagi estabilitat del plasma. El tokamak d'ITER serà el més gran del món.
Programa de fusió STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) del Regne Unit:
Igual que ITER, el programa de fusió STEP del Regne Unit es basa en el confinament magnètic de plasma mitjançant tokamak. Tanmateix, el tokamak del programa STEP tindrà forma esfèrica (en comptes de la forma de donut d'ITER). Un tokamak esfèric és compacte, rendible i pot ser més fàcil d'escalar.
El programa STEP es va anunciar el 2019. La seva primera fase (2019-2024) ha arribat a la seva fi amb el llançament d'un disseny conceptual per al prototip de central elèctrica de fusió integrada.
Un número temàtic de Philosophical Transactions A de la Royal Society, titulat "Oferint energia de fusió: el tokamak esfèric per a la producció d'energia (STEP)El 15 d'agost de 26 es van publicar 2024 articles revisats per parells que detallen el progrés tècnic del programa per dissenyar i construir la primera planta prototip del Regne Unit per produir electricitat a partir de la fusió. Els documents recullen una instantània completa de les tecnologies de disseny i esquema necessàries i la seva integració en una planta prototip a principis de la dècada de 2040.
El programa STEP pretén obrir el camí per a la viabilitat comercial de la fusió demostrant l'energia neta, l'autosuficiència de combustible i una ruta viable per al manteniment de la planta. Es necessita un enfocament holístic per oferir una planta prototip totalment operativa que també considera la clausura com a part del disseny.
***
Referències:
- Govern del Regne Unit. Comunicat de premsa: el Regne Unit líder mundial en disseny de centrals de fusió. Publicat el 03 de setembre de 2024. Disponible a https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design
- 'Oferint energia de fusió: el tokamak esfèric per a la producció d'energia (STEP). L'edició temàtica de la Royal Society de Philosophical Transactions A,. Els 15 articles revisats per parells del número temàtic publicat el 26 d'agost de 2024. Disponible a https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280
- Investigadors del Regne Unit revelen una visió de dissenys per a una nova central elèctrica de fusió. Ciència. 4 de setembre de 2024. DOI: https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a
***
Articles relacionats
- Nanes marrons (BD): el telescopi James Webb identifica l'objecte més petit format d'una manera semblant a l'estrella (5 Gener 2024)
- 'Fusion Ignition' es va demostrar per quarta vegada al Lawrence Laboratory (20 2023 desembre)
- Fusion Ignition esdevé una realitat; Punt d'equilibri energètic assolit al Lawrence Laboratory (15 2022 desembre)
***
