El enfoque de producción de energía de fusión del Reino Unido tomó forma con el anuncio del programa STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) en 2019. Su primera fase (2019-2024) ha llegado a su fin con el lanzamiento de un diseño conceptual para el prototipo de planta de energía de fusión integrada. Se basará en el uso de un campo magnético para confinar el plasma utilizando una máquina tokamak; sin embargo, el STEP del Reino Unido utilizará un tokamak esférico en lugar del tradicional tokamak con forma de rosquilla que se utiliza en el ITER. Se cree que un tokamak esférico tiene varias ventajas. La planta se construirá en Nottinghamshire y se espera que esté operativa a principios de la década de 2040.
La necesidad de una fuente confiable de energía limpia para satisfacer la creciente demanda energética de la creciente población y la economía mundial, que podría ayudar rápidamente a enfrentar los desafíos (planteados por los combustibles fósiles agotables, las emisiones de carbono y el cambio climático, los riesgos ambientales asociados con los reactores de fisión nuclear y la escasa escalabilidad de las fuentes renovables) nunca se ha sentido tan intensamente como en la actualidad.
En la naturaleza, la fusión nuclear alimenta a las estrellas, incluido nuestro Sol, y se produce en el núcleo de las estrellas, donde prevalecen las condiciones de fusión (es decir, temperaturas extremadamente altas en el rango de cientos de millones de grados centígrados y presión). La capacidad de crear condiciones de fusión controladas en la Tierra es clave para obtener energía limpia ilimitada. Esto implica crear un entorno de fusión con una temperatura muy alta para provocar colisiones de alta energía, que tenga suficiente densidad de plasma para aumentar la probabilidad de colisiones y que pueda confinar el plasma durante un tiempo suficiente para permitir la fusión. Obviamente, la infraestructura y la tecnología para confinar y controlar el plasma sobrecalentado son el requisito clave para la explotación comercial de la energía de fusión. Se están explorando y aplicando diferentes enfoques en todo el mundo para el confinamiento del plasma con miras a la realización comercial de la energía de fusión.
Fusión por confinamiento inercial (ICF)
En el método de fusión inercial, las condiciones de fusión se crean comprimiendo y calentando rápidamente una pequeña cantidad de combustible de fusión. La Instalación Nacional de Ignición (NIF, por sus siglas en inglés) del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL, por sus siglas en inglés) utiliza una técnica de implosión impulsada por láser para implosionar cápsulas llenas de combustible de deuterio-tritio utilizando rayos láser de alta energía. La NIF logró la ignición por fusión por primera vez en diciembre de 2022. Posteriormente, se demostró la ignición por fusión en tres ocasiones en 2023, lo que confirmó la prueba de concepto de que la fusión nuclear controlada se puede aprovechar para satisfacer las necesidades energéticas.
Enfoque de confinamiento magnético del plasma
En muchos lugares se está probando el uso de imanes para confinar y controlar el plasma para la fusión. El IITER, la colaboración más ambiciosa en materia de energía de fusión de 35 naciones con sede en Saint-Paul-lez-Durance, en el sur de Francia, utiliza un toro anular (o dispositivo magnético en forma de rosquilla) llamado tokamak, que está diseñado para confinar el combustible de fusión durante largos períodos a temperaturas lo suficientemente altas como para que se produzca la ignición de la fusión. Los tokamaks, un concepto líder de confinamiento de plasma para plantas de energía de fusión, pueden mantener la reacción de fusión en marcha mientras haya estabilidad del plasma. El tokamak del ITER será el más grande del mundo.
Programa de fusión STEP (Tokamak esférico para producción de energía) del Reino Unido:
Al igual que el ITER, el programa de fusión STEP del Reino Unido se basa en el confinamiento magnético del plasma mediante un tokamak. Sin embargo, el tokamak del programa STEP tendrá forma esférica (en lugar de la forma de rosquilla del ITER). Un tokamak esférico es compacto, rentable y puede ser más fácil de escalar.
El programa STEP se anunció en 2019. Su primera fase (2019-2024) ha finalizado con el lanzamiento de un diseño conceptual para el prototipo de planta de energía de fusión integrada.
Número temático de Philosophical Transactions A de la Royal Society, titulado “Generación de energía de fusión: el Tokamak esférico para la producción de energía (STEP)El 15 de agosto de 26 se publicó un informe que incluye 2024 artículos revisados por pares y que detalla el progreso técnico del programa para diseñar y construir la primera planta prototipo del Reino Unido para producir electricidad a partir de la fusión. Los artículos capturan una instantánea completa del diseño y describen las tecnologías necesarias y su integración en una planta prototipo para principios de la década de 2040.
El programa STEP tiene como objetivo allanar el camino hacia la viabilidad comercial de la fusión demostrando la energía neta, la autosuficiencia energética y una vía viable para el mantenimiento de la planta. Se adopta un enfoque holístico para entregar un prototipo de planta completamente operativo que también considera el desmantelamiento como parte del diseño.
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Referencias:
- Gobierno del Reino Unido. Nota de prensa: Reino Unido, líder mundial en diseño de centrales eléctricas de fusión. Publicado el 03 de septiembre de 2024. Disponible en https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design
- 'Entrega de energía de fusión: el tokamak esférico para la producción de energía (STEP)'. La edición temática de la Royal Society de Philosophical Transactions A,. Los 15 artículos revisados por pares en la edición temática publicada el 26 de agosto de 2024. Disponible en https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280
- Investigadores del Reino Unido revelan un atisbo de diseños para una nueva planta de energía de fusión. Science. 4 de septiembre de 2024. DOI: https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a
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