El objetivo principal de reactores de fusión nuclear consiste en producir electricidad mediante la energía calorífica liberada durante la fusión de dos núcleos ligeros. Estudiemos el funcionamiento de los reactores de fusión.
- El reactor de fusión nuclear generalmente utiliza el isótopo de deuterio o tritio similar al hidrógeno como combustible.
- Inicialmente, el combustible de fusión se calienta hasta 100 millones de grados Celsius en una cámara de alto vacío, que se convierte en plasma.
- El reacción de fusión requiere alta temperatura y presión, proporcionada por un campo magnético muy fuerte o una bomba de alto vacío.
- Bajo la influencia de tal presión y temperatura, el plasma queda confinado dentro de la cámara y fusionado con el protón objetivo para formar un núcleo más pesado.
- La energía se libera durante el proceso de fusión, luego se recolecta y se convierte en otra forma útil de energía.
El deuterio está presente en el agua, por lo que se usa ampliamente como combustible de fusión. El tritio no se produce naturalmente; por lo tanto, el litio se usa junto con el deuterio como combustible para fusión nuclear. En esta publicación, discutamos datos interesantes sobre el funcionamiento y la generación de energía a partir de reactores de fusión nuclear.
¿Cómo generan electricidad los reactores de fusión?
La generación de electricidad a partir de un reactor de fusión nuclear sigue el principio de conservación de la energía. Centrémonos en el proceso de generación de electricidad mediante reactores de fusión.
Los reactores de fusión generan electricidad de dos formas:
- A través de turbinas de vapor: en este método, el calor liberado durante la fusión se recolecta y se convierte en vapor utilizando el agua como refrigerante. Se pasa a través de una gran turbina y las hace girar, lo que impulsa la generación de electricidad.
- Conversión directa: los núcleos de fusión que se mueven rápidamente transportan cargas eléctricas. Estas cargas se pueden convertir en electricidad utilizando el motor térmico.
La eficiencia del reactor de fusión.
La eficiencia representa la relación entre la entrada y la salida de energía que se convierte en trabajo útil. Comprobemos la eficiencia de un reactor de fusión nuclear.
El reactor de fusión produce una enorme cantidad de calor; así, su eficiencia térmica es del 70% y la eficiencia de un reactor de fusión nuclear para generar electricidad es del 40%. Un gramo de combustible de fusión puede producir la misma energía que 10 kg de combustible fósil, por lo que es más eficiente en términos de generación de energía.
¿Son seguros los reactores de fusión nuclear?
La fusión nuclear implica un elemento cuyo número atómico es inferior a 56. Ahora, veremos si un reactor de fusión es seguro.
El reactor de fusión nuclear es seguro para aprovechar la energía porque es un proceso autolimitado, es decir, si no se puede controlar la reacción, el reactor se apaga solo. La explosión del reactor de fusión es muy rara ya que no sufre una reacción en cadena. Los desechos radiactivos son mínimos en un reactor de fusión, por lo que su uso es seguro.
La fusión nuclear no libera ningún elemento radiactivo pesado ni gases tóxicos como el dióxido de carbono ni ningún gas de efecto invernadero, por lo que es segura para el medio ambiente. Los reactores de fusión nuclear no siempre son seguros porque a veces se someten a radiactividad inducida por neutrones, generando neutrones de alta energía que no son tan seguros.
¿Cuántos reactores de fusión hay?
Construir una planta de energía de fusión es difícil porque lograr las condiciones necesarias, como alta temperatura y presión, es difícil. Háganos saber el número de reactores de fusión que existen.
Solo se pueden usar dos reactores de fusión nuclear para generar energía. Están
- Reactores de confinamiento magnético
- Reactores de confinamiento inercial
Reactores de confinamiento magnético
Los reactores de confinamiento magnético utilizan el campo magnético para confinar el plasma de deuterio o tritio. Utilizan la conductividad eléctrica del plasma para interactuar con el campo magnético para compensar la alta presión del plasma; así, el plasma caliente sigue tocando las paredes de la cámara de confinamiento por medio del campo magnético.
Reactores de confinamiento inercial
Los reactores de confinamiento inercial utilizan el combustible de fusión en forma de pequeños gránulos, que se comprime a una densidad de energía extremadamente alta y se calienta a alta temperatura. El confinamiento inercial toma un lapso de tiempo muy corto, y el haz de alta energía de protones, electrones o iones comprime.
¿Cómo no se derriten los reactores de fusión?
La ventaja de un reactor nuclear es que, incluso a temperaturas extremadamente altas, no hay riesgo de fusión. Encontremos la razón detrás de la no fusión de un reactor de fusión nuclear.
El reactor de fusión nuclear no se funde ni siquiera a un millón de grados de temperatura debido al campo magnético aplicado para confinar el plasma. El campo magnético encierra el plasma como un escudo, proporcionando así un aislamiento térmico perfecto para soportar temperaturas extremas. Por tanto, el núcleo exterior del reactor no se funde.
En un reactor de fusión nuclear, si algo sale mal, como la ruptura del campo magnético, el plasma se enfría en un segundo para que no corra el riesgo de derretirse. Es una de las grandes ventajas de los reactores de fusión nuclear.
¿Cómo se calientan los reactores de fusión?
Para lograr la fusión nuclear, la alta temperatura es un criterio esencial. Háganos saber cómo se calienta el reactor de fusión para alcanzar la temperatura requerida.
El reactor nuclear se calienta inicialmente a través de una corriente eléctrica externa que se pasa al núcleo de combustible para acelerarlos. A medida que comienzan a acelerar, los núcleos adquieren energía cinética y chocan consigo mismos. La colisión entre estos núcleos provoca el calentamiento del reactor de fusión nuclear.
El calor generado debido a cada colisión aumenta hasta la temperatura requerida, provocando la eliminación de un electrón del hidrógeno neutro y luego el núcleo objetivo inyectado en el combustible de plasma. Esto da como resultado la fusión de dos núcleos más ligeros para formar un solo núcleo pesado.
Conclusión
Terminemos esta publicación afirmando que un reactor de fusión nuclear es el generador de energía más seguro pero difícil de construir. La producción de energía del reactor de fusión sigue la conversión de masa-energía de Einstein E=mc2. Solo hay 20 reactores de fusión nuclear construidos en todo el mundo.
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Soy Keerthi K Murthy, he realizado un posgrado en Física, con la especialización en el campo de la física del estado sólido. Siempre he considerado la física como un tema fundamental que está conectado con nuestra vida diaria. Como estudiante de ciencias, disfruto explorando cosas nuevas en física. Como escritor, mi objetivo es llegar a los lectores de manera simplificada a través de mis artículos.