KSTAR establece un récord: 20 segundos alcanzando los 100 millones de °C

Kike_Knoxvil

Enlace al artículo de Xataka, aunque lo he leído ya en varios sitios

En el segundo periodo de 2020, los coreanos han realizado unas 110 pruebas entre las que figura la proeza de mantener la temperatura durante tanto tiempo. Como bien dice la noticia no son lo únicos en llegar a semejante temperatura pero si han sido los primeros en conseguir estabilizarla durante un fragmento tan largo de tiempo y están comenzando los preparativos para alcanzar los 300 segundos de funcionamiento en 2025 (que como quién dice, ta ahí al lao)
Sin duda alguna, esto son buenas noticias para los avances nucleares, ya que paso a paso se van solventando algunos de los problemas que tienen los reactores de fusión actuales (creo recordar que el Tokamak requiere de unos 1.5e8 ºC para funcionar)

¿Viviremos para ver la fusión como una forma de energía comercial más? No lo sé, pero no puedo esperar a ver que nos depara el futuro energético viendo como están empezando a cambiar las propias bases que lo sustentaban hasta hace nada

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c0b4c

Bueno voy a empezar a escribir y a ver a dónde me lleva esto. A lo mejor me queda un tochopost.

Alcanzar 100M de grados centígrados en un reactor de fusión no es demasiado complicado (si este ha sido diseñado de manera acorde). Es una cifra que han conseguido muchos reactores y desde hace tiempo. Lo que es importante indicar aquí es que los experimentos que hacemos en los reactores son experimentos muy específicos, en los que buscamos una medición en concreto u observar un determinado fenómeno. Por eso la inmensa mayoría de experimentos (aquí utilizo la palabra experimento como pulso indistitamente, porque es mediante pulsos como hacemos experimentos en tokamaks) son poco interesantes para el ciudadano medio.

Lo que pasa es que para el ciudadano medio, cuando se habla de 100M de grados centígrados pues es algo que impacta (normal). A mi lo que me impacta más es el gradiente de temperatura que se produce en estas máquinas. En el centro del plasma tenemos 100M de grados centígrados, pero a unos centímetros tenemos unos pocos kelvin porque los imanes funcionan a estas temperaturas. Es probablemente el mayor gradiente de temperatura de todo el universo xD

El tema de los 20 segundos quizá es más sorprendente, pero hay que entender que el objetivo de la inmensa mayoría de reactores no es realizar pulsos de larga duración, sino como he dicho antes, buscar algunos fenómenos en concreto. Esto no quiere decir que otros reactores no puedan alcanzar esta cifra; simplemente no fueron concebidos para ello. Por lo que parece, la misión de KSTAR es la de preparar el conocimiento en pulsos de larga duración para ITER.

Sin embargo, la noticia me deja más dudas que respuestas. Imagino que es una simple press release y que en unos meses tendremos un paper. Por ejemplo, en 2003 se publicó un paper explicándo cómo habían conseguido un pulso de 6 minutos en el Tore Supra (ahora WEST). Hay que entender el motivo fundamental por el que los tokamaks no pueden funcionar en régimen continuo (y digo fundamental porque los motivos técnicos -i.e. temperatura en materiales- o las inestabilidades en el plasma no tienen por qué ser específicas en los tokamaks -bueno quizá algunas inestabilidades). No voy a entrar en detalles pero es básicamente porque para confinar magnéticamente el plasma necesitamos un campo magnético helicoidal, y en los tokamaks los conseguimos combinando un campo toroidal y un campo poloidal. El campo poloidal es generado mediante un solenoide central, que induce una corriente en el plasma, y esta corriente produce el campo poloidal. Lo que ocurre en la ley de la inducción es que la corriente a través del solenoide ha de incrementar en el tiempo, y no podemos incrementar en el tiempo algo de manera indefinida, en algún momento tenemos que parar (antes de alcanzar el límite del material). Este es el motivo fundamental por el que los tokamaks tienen que funcionar de manera pulsada.
Ahora bien, uno puede decir: ¿y no podemos crear ese campo magnético sin el solenoide central? ¿entonces podríamos funcionar de manera indefinida?
La respuesta es sí a la primera (no a la segunda) y es exactamente como lo hicieron en Tore Supra (https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0029-5515/44/5/L01/meta). Cuando dice non-inductive operation quiere decir, exactamente, que la corriente en el plasma se consigue sin usar el solenoide central (sí que lo usaron para iniciar el calentamiento del plasma), a través de otros medios (Lower Hybrid en este caso, que es grosso modo enviar ondas a la frecuencia de resonancia de los iones y los electrones, estos las absorben e incrementan su energía).

Por eso digo que la noticia me deja más preguntas que respuestas. ¿Cómo han conseguido mantener la corriente en el plasma? ¿Qué tipo de sistemas auxiliares han usado? etc etc

24 4 respuestas
eondev

#2 te quoteo para que no te olvides xD

RusTu

#2 vamos tú cojones.

treetops

Me pregunto como calientan el plasma a 100M de grados. En el caso del Z pinch se como funciona, pero el llegar a esas temperaturas y mantenerlo por 20s me parece ciencia ficción.

Para el que le interese os pongo un proyecto de fusión de un español, lleva años trabajando en el proyecto por su cuenta desde su garaje, hace poco consiguió batir el récord de campo magnético con 5.34 Megateslas, la noticia salió en medio mundo, menos en España.
El proyecto en cuestión: https://pulsotron.com/progress

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Kike_Knoxvil

#2 Precisamente lo que a ti te genera dudas es lo que a mi me da tanto optimismo: han conseguido mejorar los subsistemas para mantener en el tiempo la corriente de plasma y aparentemente no ha afectado muy negativamente al reactor (por lo que se ve siguen haciendo más experimentos y pruebas)

Por lo que a mi conocimiento respecta, la fusión nuclear desde hace tiempo es un problema de materiales y del propio mantenimiento de los sistemas activos. Posiblemente como dices describirán el proceso entero en un paper más adelante pero en principio parece que están dando pasos en la dirección correcta para conseguir que funcionen en régimen permanente

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c0b4c

#6 no sé hasta que punto han mejorado los sistemas de current drive (imagino que usan ECRH y NBI, porque LH pasó de moda) porque no hay información.

Los tokamaks nunca podrán funcionar en régimen permanente porque la eficiencia de los CD systems nunca será 1. Las cifras más optimistas para DEMO se van a los 7200 segundos (y ya hemos empezado a considerar como buenos 3600). Y esto simplemente hablando del problema fundamental de los tokamaks, pero podemos hablar de la temperatura de los materiales, de los sistemas de control y prevencion de inestabilidades, del sistema de refueling, de los límites de radiación, etc etc

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Kike_Knoxvil

#7 Ahora no me estaba refiriendo a los tokamaks en particular, creo que el problema del desgaste de los sistemas para trabajar en régimen permanente es algo común a casi todos los reactores por lo que yo sé (corrígeme si me equivoco), a lo siguiente que escribes ya se escapa a mi comprensión porque los conocimientos que tengo son algo más superficiales

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c0b4c

#8 estás en lo correcto, el desgaste de los materiales es común a todos los reactores (tokamaks y stellarators).

si tienes alguna duda en concreto puedo intentar responderla :P

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c4nn4b1n0l

Por curiosidad, hacer eso afecta en algo al planeta?

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Aidanciyo

#10 Quedan 2 dias de 2020 yo creo que ya no pasará nada...

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Kike_Knoxvil

#9 Pues mira, la más importante que tengo ahora mismo es la del CD systems y su eficiencia. Estaba pensando que son sistemas de control pero me choca un poco el leer el término de eficiencia, por lo que entiendo que te refieres a que la salida nunca será lo esperado a lo deseado sino inferior
Luego el tema de DEMO que me imagino que será un problema de teoría planteada frente a la realidad experimental aunque no justifica un corte a la mitad de tiempo para resultados válidos

#10 En principio no, ya que no emite contaminantes

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Thouy

#12

En principio no, ya que no emite contaminantes

Eso habrá que juzgarlo a posteriori xD

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c0b4c

#12 'Heating and Current Drive (CD) Systems' son los elementos del reactor encargados de calentar el plasma y generar corriente en el plasma. Por ejemplo con ECRH (electron cyclotron resonance heating) podemos calentar los electrones del plasma, o con NBI (neutral beam injection) podemos generar un momento en el plasma que genera una corriente dentro del plasma. Estos sistemas no tienen eficencia 1 (i.e. la energia que entra en el plasma es la misma que la energia que sale del sistema). Un 40% de eficiencia ya es una cifra bastante optimista.

DEMO es 'el siguiente paso' a ITER, y su objetivo es demostrar el uso de la energía de fusión para generar electricidad.

#10 sí, como toda actividad humana. Los materiales que constituyen el experimento han tenido que ser minados de algún lado, la energía usada para realizar el experimento tiene que aparecer de algún sitio, etc etc

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c4nn4b1n0l

#14 Me refiero si puede pasar algo cuántico que sea negativo para el planeta.

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c0b4c

#15 si te refieres a si es posible que se descontrole la reacción y el planeta se convierta en una estrella como el Sol: .

(es broma, tranquilo xD no puede pasar nada de eso. Yo pongo como ejemplo que las reacciones están en "equilibrio inestable". Si ocurre cualquier cosa, las reacciones se paran y dejan de ocurrir. Lo dificil es hacer que ocurran.

En fisión, por ejemplo, es al contrario. Hay que limitar estas reacciones porque sí que se pueden descontrolar.)

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Kike_Knoxvil

#14 Esa era la otra opción que estaba barajando: la eficiencia del propio ciclo o parte de él. Siendo ese el caso en realidad me parece que eso lo van a solucionar como los sistemas de combustión: meter de más para obtener lo que se quiere; pero no termino de ver como afecta a la puesta en régimen permanente. Me imagino que tiene que ver con el tema de que introduces más de lo que sacas o algo así

#13 Por eso digo que en principio no, pero como todo en esta vida no estará exento de sus cosillas (mismamente la refrigeración puede dar problemas en cuanto a emisiones térmicas en el ecosistema, por no hablar de todos los elementos para su construcción y su mantenimiento); pero lo que es a nivel de cambio climático y emisiones de CO2 así como de radiación no debería haber problema, y si los hubiese debería de haberse visto ya aunque fuese de pasada

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Thouy

#17 Hay datos o estimaciones sobre el tema? es que estoy bastante fuera del mundillo de la fusión; de hecho cualquier info que podáis poner es bien recibida xD

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c0b4c

#17 no puedes añadir simplemente más elementos por dos motivos:

  1. el espacio es reducido
  2. el objetivo es extraer electricidad del sistema, no queremos gastar mas electricidad que la que sacamos del reactor.

y respecto a las emisiones: los elementos del reactor quedan irradiados y han de ser tratado como material radiactivo.

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Thouy
#19c0b4c:

respecto a las emisiones: los elementos del reactor quedan irradiados y han de ser tratado como material radiactivo.

Cómo de parecido es el tratamiento respecto a los residuos de fisión?

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c0b4c

#20 tengo entendido que la idea es almacenarlos hasta que dejen de ser radiactivos, para luego tratar de reincorporarlos al reactor xD

la idea es que los materiales sean 'low level waste' unos 100 años despues de su almacenamiento

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Thouy

#21 Vale creo que ya me voy haciendo una idea entoces, btw tengo que investigar.

Muchísimas gracias :thumbsup:

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c0b4c

#22 es una movida importante. Lo de los 100 años es una cifra completamente arbitraria, y además la clasificación de los materiales radiactivos cambia según el país. Por lo que una cosa puede ser considerada low level waste en Francia pero no en USA.

Y los materiales buenos contra radiación no son tan buenos para otras cosas, y viceversa. Así que este es un problema muy importante que normalmente pasa desapercibido porque nadie piensa en los neutrones volando everywhere, que son muchos y muy energéticos.

edit: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/abc933/pdf

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Kike_Knoxvil

#19 Si si, si eso es lo lógico: no poner en marcha algo que nos cuesta más de lo que nos da; mi duda iba más encaminado a la imposibilidad física de poner los reactores en régimen permanente
Entonces el problema es uno que se lleva arrastrando toda la vida: que ahora mismo necesitas bastante más energía para realizar la fusión que lo que vas a extraer de ella, eso es lo que quiere decir esa eficiencia. Ahora entiendo mejor por donde van los tiros
Muchas gracias

#18 Me suena de haber leido algo hace unos años pero estoy ahora con otras cosas y mi explorador está lleno de lengüetas, si quieres en un rato que tenga libre te lo busco. Así en líneas generales recuerdo que la irradiación era menor y que parte se quedaba en el reactor; aparte que los combustibles no son radiactivos de por sí, y como no es un proceso de combustión no hay una liberación de CxOx o nitrógenos y sulfuros. Se podría mirar la huella en CO2 equivalente a partir de otros parámetros como se hace para medir la contaminación de los paneles solares u otros, pero creo recordar que era bastante bajo también

Si veis que me equivoco corregidme porque esto como ya dije antes es de memoria

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Thouy

#23 Yap, generalmente cuando se evalúan NGR o cualquier valor de referencia para contaminantes suele ser un tema serio, y en concreto para tecnologías en fase de investigación las consideraciones suelen ser más difusas todavía, puesto que dependen de cantidad, tratamiento, riesgo de impactos y demás.

#23c0b4c:

Así que este es un problema muy importante que normalmente pasa desapercibido porque nadie piensa en los neutrones volando everywhere, que son muchos y muy energéticos

Tranquilo, estoy seguro de que se trata de un problema que el cemento podrá resolver xd

Mañana ojeo el paper y expando impresiones, que 29 hojas a las 2 de la mañana no entran bien, intento también buscar asobre el tema de #24

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c0b4c

#25 tengo que decir en la mayoria de experimentos de fusion no se utiliza deuterio y tritio, asi que los reactores experimentales no son tan radiactivos como lo sería una planta de producción de electricidad por fusión nuclear.

el paper esta enfocado en DEMO, que emplea regimenes completamente distintos a los de un reactor experimental xD

s3niK

Buena info de #1 y #2
Nunca te acostarás sin saber una cosa más.

quetzalcube

"¿Viviremos para ver la fusión como una forma de energía comercial más?"

Nadie puede ver el futuro, pero no hay nada en el presente que haga plausible esa expectativa. Lo razonable es pensar que no, no lo veremos

Esos reactores son como el CERN: tienen por objeto ciencia básica. La fusión se considera más lejos que el grafeno o los ordenadores cuánticos. Por hacer una analogía torpe: cuando uno escucha lo que hacen y sus objetivos es como si estuviesen en época de Franklin y Galvani con la electricidad, haciendo experimentos. De ahí a que se encienda una bombilla en nuestra casa hay un buen trecho.

Esto no es para ser pesimista. Al contrario: ¿Cuánta gente trabajó para lograr aviones, la agricultura industrial que ha acabado con el hambre, las vacunas... y no los llegarón a ver realizados? A mí me basta con saber que probablemente podría arreglar el problema energético para que tenga sentido que trabajen en ello

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Kimura

Ahora si que si, la fusión esta a 50 años vista.






Disclaimer: Da igual en que siglo leas esto.

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Ulmo
#29Kimura:

Disclaimer: Da igual en que siglo leas esto.

Yo la duda que tengo es si llegará antes o después de la inmortalidad, que también llegara en 40 o 60 años.

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