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Este laboratorio del gobierno en Idaho está investigando la fusión, el ‘recipiente sagrado’ de la energía limpia, con miles de millones vertidos en el espacio.

Esta es una mirada de cerca al sistema de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X que está siendo utilizado por el Laboratorio Nacional de Idaho para medir la química de la superficie del material candidato potencial para su uso en la fusión.

Masashi Shimada ha estado investigando la fusión nuclear desde el año 2000, cuando ingresó al programa de posgrado en la Universidad de California en San Diego. Actualmente es científico principal en las instalaciones de Investigación de Tritio y Seguridad Aplicada (STAR) en el Laboratorio Nacional de Idaho, uno de los principales laboratorios de investigación científica del gobierno federal.

El campo ha cambiado drásticamente.

Al principio de su carrera, la fusión fue a menudo el origen de las historias, si es que se discutió en absoluto. «La fusión es la energía del futuro y siempre lo será», fue el chiste que Shimada escuchó todo el tiempo.

Pero eso está cambiando. Muchas nuevas empresas han recaudado casi $ 4 mil millones en fondos privados, según Fusion Industry Association, un grupo comercial de la industria.

La inversionista y secretaria del Departamento de Energía, Jennifer Granholm, ha llamado a la energía de fusión el «recipiente sagrado» de la energía limpia, con el potencial de proporcionar energía casi ilimitada sin liberar gases de efecto invernadero y sin el mismo tipo de desechos radiactivos de larga duración que la fisión nuclear. sí.

Una gran cantidad de nuevos científicos jóvenes están trabajando en fusión y están motivados.

“Si hablas con los jóvenes, creen en la fusión. Tienen que hacerlo. Tienen una actitud positiva y optimista”, dijo Shimada.

Por su parte, Shimada y su equipo ahora están investigando la gestión del tritio, un combustible común que buscan muchas empresas de fusión de nueva creación, con la esperanza de establecer un EE. UU. para una nueva industria de fusión traviesa.

“Como parte de la nueva ‘visión audaz’ del gobierno para la comercialización de la fusión, el manejo y la producción de tritio serán una parte integral de su investigación científica”, dijo a El Mundo que Vivimos Andrew Holland, director ejecutivo de Fusion Industry Association.

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masashi shimada

Foto cortesía del Laboratorio Nacional de Idaho

Estudiar la cadena de suministro de tritio

La fusión es una reacción nuclear en la que dos núcleos atómicos más ligeros se juntan para formar un núcleo más pesado, liberando «enormes cantidades de energía». Así es como brilla el sol. Pero controlar las reacciones de fusión en la Tierra es un proceso complejo y delicado.

En muchos casos, los combustibles para la reacción de fusión son el deuterio y el tritio, que son las dos formas del hidrógeno, el elemento más abundante en el universo.

El deuterio es muy común y se puede encontrar en el agua de mar. Si se logra la fusión a escala global, un galón de deuterio en agua de mar sería suficiente para producir tanta energía como 300 galones de gasolina, según el Departamento de Energía.

El tritio, sin embargo, no es común en la Tierra y debe producirse. Shimada y su equipo de investigadores tienen un pequeño laboratorio de tritio en el Laboratorio Nacional de Idaho, a 55 millas al oeste de Idaho Falls, Idaho, donde estudian cómo producir el isótopo.

“Dado que el tritio no está disponible en la naturaleza, tenemos que crearlo”, dijo Shimada a El Mundo que Vivimos.

Actualmente, la mayor parte del tritio utilizado por Estados Unidos proviene del laboratorio nuclear nacional de Canadá, dijo Shimada. «Pero realmente no podemos confiar en esos suministros. Porque cuando lo usas, si no reciclas, básicamente usas todo el tritio», dijo Shimada. «Así que tenemos que crear tritio mientras operamos un reactor de fusión».

Hay suficiente tritio para apoyar los proyectos piloto de investigación y fusión, pero se necesitarían cientos de reactores para comercializarlo, dijo Shimada.

«Es por eso que actualmente necesitamos invertir en «tecnologías de ciclo de combustible de tritio» para crear y reciclar tritio.

El científico del Laboratorio Nacional de Idaho, Chase Taylor, para medir la química de la superficie de un material potencial para su uso en fusión con espectroscopía de fotoelectrones de rayos X. …

Foto cortesía del Laboratorio Nacional de Idaho

Protocolos de seguridad

El tritio es radiactivo, pero no es lo mismo que el combustible de los reactores de fisión nuclear.

«La descomposición radiactiva del tritio toma la forma de un emisor beta débil. Este tipo de radiación puede ser bloqueada por unos pocos centímetros de agua», dijo a El Mundo que Vivimos Jonathan Cobb, portavoz de la Asociación Nuclear Mundial.

La vida media, o el tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de un material radiactivo, es de unos 12 años para el tritum, y cuando se desintegra, el producto liberado es helio, que no es radiactivo, explicó Cobb.

En comparación, la reacción de fisión nuclear del uranio se divide en productos como el yodo, el cesio, el estroncio, el xenón y el bario, que son radiactivos y tienen una vida media de días a miles de años.

Dicho esto, todavía es necesario estudiar el comportamiento del tritio porque es radiactivo. En particular, el Laboratorio Nacional de Idaho estudia cómo el tritio interactúa con el material utilizado para fabricar una máquina fundida. En muchos casos, esta es una máquina con forma de rosquilla llamada tokamak.

Para que ocurra una reacción de fusión, las fuentes de combustible deben calentarse en plasma, el cuarto estado de la materia. Estas reacciones ocurren a temperaturas extremadamente altas, de hasta 100 millones de grados, lo que puede afectar la cantidad y la rapidez con la que el tritio puede ingresar al material que contiene plasma, dijo Shimada.

La mayoría de los recipientes de reacción de fusión están hechos de acero inoxidable especial con una fina capa de tungsteno en el interior. “Se eligió el tungsteno porque tiene la solubilidad de tritio más baja en todos los elementos de la tabla periódica”, dijo Shimada.

Pero los neutrones de alta energía generados por la reacción de fusión pueden causar daños por radiación incluso en el tungsteno.

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Aquí, en el Laboratorio Nacional de Idaho, el colaborador de Sandia National Laboratories, Rob Kolasinski, está trabajando en una guantera para el Tritium Plasma Experiment.

Foto cortesía del Laboratorio Nacional de Idaho

La investigación del equipo pretende proporcionar a las empresas de fusión un conjunto de datos para determinar cuándo puede suceder esto, de modo que puedan establecer y medir la seguridad de sus programas.

“Podemos hacer una reacción de fusión durante probablemente 5 o 10 segundos sin preocuparnos demasiado” sobre el material que se usaría para mantener la reacción de fusión, dijo Shimada a El Mundo que Vivimos. Pero para la producción de energía a escala comercial, era necesario mantener una reacción de fusión a altas temperaturas durante años.

“El objetivo de nuestra investigación es ayudar al diseñador de los reactores de fusión a predecir cuándo la acumulación de tritio en los materiales y la permeabilidad del tritio a través del recipiente alcanzarán niveles inaceptables”, dijo Shimada a El Mundo que Vivimos. «De esta forma, podemos establecer protocolos para calentar los materiales (es decir, hornearlos) y eliminar el tritio del recipiente para reducir los riesgos de una posible liberación de tritio en caso de accidente».

Si bien el Laboratorio Nacional de Idaho está investigando el transporte de tritio para establecer estándares de seguridad para la industria emergente, sus desechos plantean muchos menos problemas que las instalaciones nucleares impulsadas por fisión de la actualidad. El gobierno federal ha estado estudiando cómo crear un depósito permanente para desechos basados ​​en la fisión durante más de 40 años, y queda por ver una solución.

«La fusión no crea ningún desecho nuclear radiactivo de larga duración. Esta es una de las ventajas de los reactores de fusión sobre los reactores de fisión», dijo Shimada a El Mundo que Vivimos.

Peter Flores Posada

Apasionado por el mundo de la tecnología, es productor de segmentos para portales de noticias importantes. Su experiencia y estudios, le llevan a desarrollar información de interés en el ámbito de la tecnología y nuevas técnicas y desarrollo.

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