- Wendelstein 7-X, el dispositivo experimental de fusión nuclear en Greifswald, logró una conversión de energía de 1.3 gigajulios, superando el objetivo de 1 gigajulio fijado para 2023 tras su reactivación en otoño de 2022
- Este valor, registrado el 15 de febrero de 2023, es 17 veces mayor que el máximo previo de 75 megajulios antes de la modernización, y demuestra el efecto de los trabajos de finalización del dispositivo
- La conversión de energía es el producto de la potencia de calentamiento acoplada al plasma y la duración de la descarga; en este experimento, el plasma se mantuvo durante 480 segundos con un promedio de 2.7 megavatios
- Tras 3 años de trabajos de finalización, se añadió un sistema de refrigeración por agua a los elementos de pared y se actualizó el sistema de calentamiento, lo que permitió acoplar al plasma el doble de potencia que antes
- El siguiente objetivo es elevarla hasta 18 gigajulios en los próximos años y mantener el plasma de forma estable durante 30 minutos
1.3 gigajulios y récord de descarga de 8 minutos
- Wendelstein 7-X superó el objetivo de 1 gigajulio de conversión de energía fijado para 2023 al alcanzar 1.3 gigajulios
- En el experimento del 15 de febrero de 2023 registró un valor 17 veces superior al récord previo de 75 megajulios antes de la modernización
- La conversión de energía se calcula multiplicando la potencia de calentamiento acoplada al plasma por la duración de la descarga
- Para operar una central eléctrica es necesario acoplar grandes cantidades de energía al plasma durante mucho tiempo y, al mismo tiempo, poder retirar el calor generado
Pared refrigerada por agua y actualización del sistema de calentamiento
- Wendelstein 7-X pasó por 3 años de trabajos de finalización que se extendieron hasta el verano de 2022
- Los cambios principales fueron la refrigeración por agua de los elementos de pared y la actualización del sistema de calentamiento
- El sistema de calentamiento actualizado puede acoplar al plasma el doble de potencia que antes
- Tras la finalización del dispositivo, Wendelstein 7-X puede operar en un rango de parámetros más amplio
- Thomas Klinger, del IPP, señaló que deben avanzar de forma gradual hacia valores de energía más altos sin sobrecargar ni dañar el dispositivo
La estructura del divertor encargada de retirar el calor
- Wendelstein 7-X utiliza placas deflectoras del divertor especialmente resistentes al calor para retirar los mayores flujos térmicos
- Estas placas forman parte de la pared interior y, tras la finalización del dispositivo, se enfrían mediante un sistema de tuberías de agua de 6.8 km de longitud
- Actualmente no hay otro dispositivo de fusión en el mundo donde toda la pared interior esté refrigerada de forma tan integral como en Wendelstein 7-X
- Las imágenes infrarrojas no muestran el plasma en sí, sino la distribución de temperatura de las placas deflectoras del divertor refrigeradas por agua
- La línea en la zona central donde el plasma toca el divertor aparece como strike line
- Algunas zonas alcanzan hasta 600 °C
- Las losas del divertor pueden soportar hasta 1200 °C
Condiciones de calentamiento que permitieron la descarga de 480 segundos
- El calentamiento del plasma de Wendelstein 7-X se compone de tres elementos
- Calentamiento iónico instalado recientemente
- Calentamiento por inyección de partículas neutras
- Calentamiento por microondas de electrones
- En este récord, el sistema de calentamiento por microondas de electrones fue especialmente importante
- Este sistema puede suministrar gran potencia durante varios minutos
- La conversión de energía de 1.3 gigajulios se logró con una potencia de calentamiento promedio de 2.7 megavatios
- La descarga de plasma duró 480 segundos, es decir, 8 minutos
- Es un nuevo récord de tiempo de descarga para Wendelstein 7-X
- También es uno de los mejores valores a nivel mundial
- Antes de los trabajos de finalización, el tiempo máximo de plasma de Wendelstein 7-X era de 100 segundos con una potencia de calentamiento mucho menor
Objetivo de 18 gigajulios e investigación de stellarators
- Wendelstein 7-X tiene como objetivo elevar la conversión de energía hasta 18 gigajulios en los próximos años
- Para ese objetivo será necesario mantener el plasma de forma estable durante 30 minutos
- La investigación en fusión nuclear busca desarrollar centrales eléctricas amigables con el clima y el medio ambiente, y persigue una forma de generar energía mediante la fusión de núcleos atómicos, de manera similar al Sol
- El Max Planck Institute for Plasma Physics investiga la ruta de la fusión por confinamiento magnético
- La reacción de fusión solo se enciende por encima de los 100 millones de grados Celsius
- El combustible de plasma de hidrógeno tenue no debe entrar en contacto con las frías paredes del recipiente
- El plasma atrapado por campos magnéticos flota dentro de la cámara de vacío casi sin contacto
- La jaula magnética de Wendelstein 7-X está formada por un anillo de 50 bobinas magnéticas superconductoras
- Este dispositivo es una instalación de tipo stellarator, y la forma especial de sus bobinas es el resultado de sofisticados cálculos de optimización
- Con estas bobinas, el objetivo es que la calidad de confinamiento del plasma del stellarator alcance el nivel de la tecnología competidora, las instalaciones de tipo tokamak
1 comentarios
Opiniones de Hacker News
Ah, Wendelstein era ese reactor de fusión stellarator. Los stellarators son un diseño realmente genial y una alternativa a los tokamaks.
Un tokamak es un reactor con forma de dona, pero tiene el problema de que el plasma del lado exterior de la circunferencia queda menos confinado magnéticamente. Un stellarator es parecido, pero confina el plasma como una cinta y lo pliega en una disposición similar a una cinta de Möbius.
Antes me interesaba bastante este tema, pero con los años me había olvidado. Me alegra ver que realmente funciona.
https://en.wikipedia.org/wiki/Stellarator
Todavía recuerdo el momento en que entendí lo suficiente los radianes como para comprender de verdad los círculos y las ondas. Durante años solo resolvía problemas sin saber bien qué estaba haciendo, pero en algún momento lo entendí y sentí que algo cambió en mi cabeza.
Me gustaría pensar como una cinta de Möbius, pero mi cerebro ahora mismo está más bien en modo “no, gracias”.
Más interesante aún es que el fusor, el diseño más simple posible para un reactor termonuclear, parece haberse inventado después que el stellarator y el tokamak. Es tan simple que alguien con conocimientos de ingeniería eléctrica y acceso a equipos civiles adecuados puede construirlo con relativa facilidad.
Aun así, personalmente nunca me gustó demasiado el diseño de los stellarators. Su propia complejidad me da una sensación sutil de estar empujando más lejos en una dirección equivocada.
De todos modos, en un caso como este, sinceramente espero que se demuestre que estoy equivocado. Este campo necesita un gran avance desde hace muchísimo tiempo.
El stellarator es, en teoría, un diseño superior al tokamak, concebido para cancelar la fuerza JxB. Aquí J es la corriente que fluye por el plasma y B es el campo magnético que guía el plasma dentro del dispositivo.
Si se tuerce el plasma en una forma helicoidal donde la rotación de B, es decir, un valor proporcional a J, queda paralela a B, el producto vectorial se vuelve 0 y, por lo tanto, no actúa ninguna fuerza magnetohidrodinámica neta sobre el plasma.
Las tolerancias eran demasiado estrictas y varias veces no lograron cumplir con las restricciones.
Me preguntaba qué significa aquí energy turnover.
Buscando, encontré que “Energy turnover is defined as the amount of heat multiplied by the duration of the discharge[1].” Aquí “amount of heat” probablemente se refiere a la “potencia de calentamiento entregada al plasma”. Para que al multiplicarla por el tiempo dé unidades de joules, el valor inicial tendría que ser potencia.
1: https://gigazine.net/gsc_news/en/20230227-wendelstein-7-x-en...
La cifra es que “se mantuvo la descarga durante 480 segundos con una potencia de calentamiento promedio de 2.7 megavatios, logrando un energy turnover de 1.3 gigajoules”.
También dice que “en unos años planean elevar el energy turnover de Wendelstein 7-X a 18 gigajoules y mantener el plasma estable durante 30 minutos”. Es decir, mantener 10 megavatios durante 30 minutos.
Quizás sea una pregunta obvia, pero igual quiero hacerla. ¿Cómo se convierte la energía eléctrica generada aquí en electricidad utilizable?
Sé que en un reactor de fisión nuclear común el calor de la fisión hace girar una turbina de vapor. Pero si el plasma es extremadamente caliente y debe mantenerse suspendido con campos magnéticos para que no toque las paredes del recipiente de contención, ¿cómo se transfiere ese calor a otro medio para generar electricidad?
La mayor parte de la energía de la reacción se la llevan neutrones de alta energía. Por lo tanto, para recuperar esa energía hay que “capturar” esos neutrones. Como los neutrones no tienen carga, no pueden generar electricidad directamente; al final no queda otra que aprovecharlos como calor.
El problema es que, al ser eléctricamente neutros, también son relativamente difíciles de capturar. Se necesita un material denso donde tengan alta probabilidad de chocar con núcleos atómicos. Los diseños propuestos normalmente ponen alrededor del reactor una manta de metal líquido en circulación, que luego se envía a una zona donde hierve agua para producir vapor y mover una turbina.
El metal del que más se habla es el litio, que además tiene la ventaja de poder producir tritio al recibir neutrones. El tritio es la mitad extremadamente escasa del combustible de la reacción.
Si alguien entiende alemán, recomiendo los episodios del podcast Alternativlos en los que los conductores visitaron el sitio dos veces y conversaron largo y tendido con los investigadores. Tiene esa vibra de nerds hablando entre nerds, así que si entiendes el idioma es realmente entretenido.
https://alternativlos.org/36/ (2016)
https://alternativlos.org/51/ (el más reciente, mayo de 2023)
Este dispositivo en particular no está configurado para eso y, hasta donde sé, todavía no existe uno así. Desde el punto de vista de ingeniería es un problema relativamente simple, y hasta que se pueda sostener la fusión durante meses no hay mucha necesidad de construirlo.
Dicho eso, el enfoque que está desarrollando Helion Energy es uno de los conceptos prometedores de fusión que no requiere todo ese proceso. Todavía no ha logrado una producción neta, pero la idea tiene potencial y evita problemas comunes de otras formas de generación por fusión. No creo que sea la respuesta definitiva del campo, pero parece tener bastante potencial como tecnología de transición entre los grandes stellarators y la fisión.
Pero hasta donde sé, el Wendelstein no está configurado para producir electricidad, así que por ahora el enfriamiento es literalmente solo enfriamiento.
Me gusta mucho este equipo. Están derribando uno por uno los desafíos de ingeniería dentro de un plan para caracterizar y controlar por completo los flujos de fusión.
En la carrera hacia una planta de fusión funcional a veces parecen una tortuga, pero están respondiendo preguntas que el lado de los tokamak todavía no ha resuelto, como la gestión de la temperatura de las paredes y el mantenimiento de la fusión dentro del flujo[1]. Eso sí, mi sesgo dentro de I+D está mucho más cerca de la “D”, así que al seguir ITER muchas veces me da la sensación de estar viendo pura “I”.
[1] https://www.iter.org/of-interest/1188
Ya que salió el tema de la fusión, ¿alguien sabe cómo va el SPARC de Commonwealth Fusion Systems?
Tenía muchas expectativas puestas en su sistema, aunque entiendo que después de recibir una inversión de 2.000 millones de dólares hayan entrado en un ciclo profundo de desarrollo y construcción. Por eso, durante el último año en su página de noticias solo han aparecido contratos comerciales y actualizaciones de premios. Me gustaría saber cómo avanza la construcción del reactor.
Básicamente están muy ocupados, pero aun así parece que faltan al menos entre 3 y 5 años más.
He seguido este proyecto durante 10 años y creo que ha sido exitoso. Pero ¿cómo podrían proyectos como este avanzar más rápido?
Wendelstein 7-X no va a producir electricidad utilizable; es un dispositivo construido como paso previo hacia un reactor de generación eléctrica.
Las bobinas tienen formas muy irregulares y tolerancias estrictas, así que son difíciles de fabricar; y ensamblar el recipiente de vacío es complicado porque las bobinas cubren mucha más superficie “parecida a un toroide” que en un tokamak.
Ahora mismo se está haciendo mucho trabajo interesante en optimización de diseños de stellarators, pero probablemente pase mucho tiempo antes de que esa investigación se implemente en un reactor real.
Tiene que entrar más financiamiento a este campo, pero en algún punto hay que construir las cosas, y eso por sí solo toma muchísimo tiempo. La regulación y la burocracia podrían mejorar, pero al final no hay mucho tiempo que se pueda recortar de manera segura.
Una vez que exista un modelo funcional, iterar será mucho más rápido, pero llevamos décadas chocando contra el muro.
Pero, por desgracia, una máquina que valga la pena construir, es decir, una a una escala relevante para un generador, no es pequeña. La práctica ayuda.
Hay una recomendación relacionada para quienes entienden alemán
El podcast Alternativlos de Felix Von Leitner y Frank Rieger fue dos veces a Greifswald para entrevistar a personas vinculadas con Wendelstein. El primer episodio (http://alternativlos.org/36, de 2016) se centró principalmente en el proceso de desarrollo y construcción, así como en la historia; el segundo es de este año y aborda los resultados y el futuro de la fusión nuclear (http://alternativlos.org/51/)
Quisiera preguntarles a quienes conocen bien este campo. ¿Qué startups de fusión nuclear se ven prometedoras? ¿Cómo ven el enfoque de confinamiento inercial? ¿Qué tal Blue Laser Fusion, que acaba de recibir financiamiento? ¿Y TAE, un actor veterano? ¿Commonwealth, Helion y las demás?
https://www.neimagazine.com/news/newszap-energy-considers-re...
Y su concepto en sí es tan raro que me gusta. En el peor de los casos, creo que podría funcionar como propulsor de fusión en el espacio :)
Mi conjetura es que, sin financiamiento gubernamental, la mayoría probablemente fracase. A menos que hayan encontrado de verdad, milagrosamente, algún modo de operación especialmente barato que en el primer intento supere a las soluciones de generación eléctrica actualmente muy optimizadas
En general, Tokamak Energy también parece prometedora, así que planeo invertir
Primero, aun si una planta de fusión más tradicional pudiera generar el plasma en un dispositivo no demasiado caro —lo cual ya es una gran suposición—, el propio mecanismo de intercambio de calor parece que sería muy complejo y costoso. Y, al ser una planta de generación con máquina térmica, también habría restricciones sobre dónde puede instalarse y a qué escala resulta económica
Segundo, si se reducen las emisiones de CO2, creo que también se empezará a prestar atención a la contribución de las plantas con máquinas térmicas al calentamiento global. Helion también agregaría a la Tierra calor que antes no estaba, pero por la misma energía eléctrica generada produciría menos calor. Tampoco depende de tirar todo ese calor a un río
No sé si Helion es viable, pero se siente como la única tecnología que podría llegar a serlo
Construir una planta de fusión sería mucho más caro que una planta de fisión de capacidad similar, y la fisión ya ni siquiera es competitiva y se queda más atrás cada día. Hay que pensar seriamente en usos para plasmas confinados de forma estable que no estén fusionando. La ventaja es que no tienen por qué ser especialmente calientes. Con lo que tenemos ahora ya están lo suficientemente calientes para algún uso plausible
Que “el Wendelstein 7-X logró un nuevo récord de duración de descarga: pudo mantener plasma caliente durante 8 minutos” es claramente un hito
Sin embargo, hay que tener en cuenta que lo que se está probando actualmente es el sistema de calentamiento. No significa que haya ocurrido una reacción de fusión nuclear real