Category Archives: Fusion Nuclear

Lockheed Martin anuncia un nuevo diseño de reactor de fusion

La compañía Lockheed Martin dice que podrá tener un reactor de fusión comercial de 100 Mw de potencia en 10 años.

La compañía Lockheed Martin ha declarado recientemente que va a desarrollar un nuevo tipo de reactor de fusión nuclear por confinamiento magnético mucho más pequeño, compacto y eficiente que los tokamaks.
La idea es la de siempre: mantener un plasma hidrógeno muy caliente en donde se den reacciones fusión nuclear. Como la temperatura necesaria para esto es enorme (100 millones de grados), no se puede construir un contenedor para el plasma hecho de material normal y, en su lugar, se usa una “botella” magnética.

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Fusión Nuclear

En física nuclear, fusión nuclear es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen y forman un núcleo más pesado. Simultáneamente se libera o absorbe una cantidad enorme de energía, que permite a la materia entrar en un estado plasmático.

La fusión de dos núcleos de menor masa que el hierro (en este elemento y en el níquel ocurre la mayor energía de enlace nuclear por nucleón) libera energía en general. Por el contrario, la fusión de núcleos más pesados que el hierro absorbe energía. En el proceso inverso, la fisión nuclear, estos fenómenos suceden en sentidos opuestos.

En el caso más simple de fusión, en el hidrógeno, dos protones deben acercarse lo suficiente para que la interacción nuclear fuerte pueda superar su repulsión eléctrica mutua y obtener la posterior liberación de energía.

En la naturaleza ocurre fusión nuclear en las estrellas, incluido el Sol. En su interior las temperaturas son cercanas a 15 millones de grados Celsius.1 Por ello a las reacciones de fusión se les denomina termonucleares. En varias empresas se ha logrado también la fusión (artificial), aunque todavía no ha sido totalmente controlada.

Ver infografia grande
Infografia cortesia de www.consumer.es

Sobre la base de los experimentos de transmutación nuclear de Ernest Rutherford, conducidos pocos años antes, Mark Oliphant, en 1932, observó por primera vez la fusión de núcleos ligeros (isótopos de hidrógeno).

Posteriormente, durante el resto de ese decenio, Hans Bethe estudió las etapas del ciclo principal de la fusión nuclear en las estrellas.

La investigación acerca de la fusión para fines militares se inició en la década de 1940 como parte del Proyecto Manhattan, pero no tuvo éxito hasta 1952. La indagación relativa a fusión controlada con fines civiles se inició en la década de 1950, y continúa hasta el presente.

Laser Megajoule – The Laser Fusion Facility in Europe

El Laser Megajoule (LMJ) es un dispositivo para el confinamiento de fusión inercial, construido en Francia por el directorio de ciencia nuclear de Francia. El Laser Mégajoule fue diseñado para entregar 1,8MJ a su objetivo, haciéndolo tan poderoso como su contraparte, el norteamericano. El Laser Mégajoule es el dispositivo para el confinamiento de fusión inercial más grande construido fuera de Norteamérica, donde los diseñadores del mismo están relacionados con la investigación de armas nucleares. Por el contrario, la tarea principal del Laser Mégajoule serían los cálculos de refinamiento de fusión para la propia industria nuclear de Francia.

Sigue en Fusión Nuclear y en Fusión Nuclear 2 y articulos relacionados.

Científicos de Granada miden la fuerza nuclear fuerte con la mayor precisión hasta la fecha

Investigadores granadinos han determinado la magnitud más precisa de la interacción nuclear fuerte, responsable de la fusión en el interior del Sol, y proponen una nueva forma para la fuerza nuclear, denominada potencial granulado. En su estudio han utilizado más de 8.000 datos experimentales de dispersión entre neutrones y protones.

Científicos de la Universidad de Granada (UGR) han llevado a cabo la determinación más precisa lograda hasta la fecha de la fuerza nuclear, utilizando para ello más de 8.000 datos experimentales de dispersión entre neutrones y protones, recogidos entre los años 1950 y 2013 en aceleradores de partículas de todo el mundo.

Este trabajo ha sido publicado recientemente en la revista Physical Review que edita la Sociedad de Física Estadounidense, y su importancia ha sido resaltada por el editor, que lo ha seleccionado como artículo recomendado. La investigación se realizó íntegramente en la UGR por Rodrigo Navarro Pérez, Enrique Ruiz Arriola yJosé Enrique Amaro, físicos del grupo de investigación Hadrónica del departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear e Instituto Carlos I de Física Teórica y Computacional.

En su trabajo, los investigadores granadinos proponen una nueva forma para la fuerza nuclear, que han denominado “potencial granulado”. Tras el análisis estadístico de los más de 8.000 datos, determinaron que sus resultados tienen una precisión media del 96%.

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El NIF en EE UU alcanza un nuevo hito en la fusión nuclear

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Investigadores del Lawrence Livermore National Laboratory, en California, han conseguido por primera vez liberar más energía en una reacción de fusión nuclear que la absorbida por el combustible empleado. Para el experimento se ha optado por la técnica del confinamiento inercial, que usa tecnología láser para calentar y comprimir el material.

La fusión nuclear, la misma que activa a las estrellas, podría ser la fuente de energía ilimitada y barata del futuro, pero para ello las centrales de este tipo (distintas a las actuales de fisión nuclear) tendrían que generar más energía de la que consumen.

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Científicos españoles tratan de construir un pequeño Sol en la Tierra

Investigadores de la Universidad de Sevilla están investigando en reactores experimentales de fusión nuclear para obtener el mismo tipo de energía que utilizan las estrellas. La investigación se enfoca a la producción de energías más limpias y sostenibles.

Los investigadores invetigan la fusión nuclear en el ASDEX Upgrade tokamak. / Max-Planck-Institut für Plasmaphysik

Los investigadores invetigan la fusión nuclear en el ASDEX Upgrade tokamak. / Max-Planck-Institut für Plasmaphysik

Miembros del departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear de la Universidad de Sevilla (US) están investigando cómo reproducir en la Tierra la forma que tienen las estrellas de producir energía. Los expertos trabajan en reactores experimentales de fusión nuclear con el objetivo de obtener una fuente de energía sostenible, limpia y virtualmente inagotable.

“Tratamos de construir un pequeño Sol en la Tierra”, afirma el responsable de esta investigación el profesor de la US y miembro del Centro Nacional de Aceleradores (CNA) de Sevilla, Manuel García Muñoz, pero para ello necesitan controlar perfectamente la fusión de isótopos de hidrógeno que forman el en el interior del reactor nuclear.

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Diseñan un nuevo reactor de fusión nuclear limpio

Un investigador de la UPM ha patentado un reactor de fusión nuclear por confinamiento inercial que, además de utilizarse en la generación de energía eléctrica en centrales, se podría aplicar para propulsar buques.

Esta invención, fruto del trabajo del profesor José Luis González Díez, de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Navales de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), contribuiría a acabar con el problema del riesgo contaminante asociado a la generación de energía nuclear de fisión. Se trata del diseño de un reactor nuclear de fusión por ignición láser de 1000 MWe que utiliza como combustible isótopos de hidrógeno que podrían extraerse del agua lo que, además, supondría un importante ahorro económico en combustible, indica el investigador.

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Física nuclear para entender mejor las ‘partículas fantasma’

Esquema del experimento Double Chooz, donde participa el CIEMAT.

Esquema del experimento Double Chooz, donde participa el CIEMAT.

Uno de los descubrimientos más sorprendentes de las últimas décadas es que los neutrinos “oscilan”, es decir, se transforman en otros tipos de neutrinos. Este ha sido el resultado de una serie de observaciones y experimentos muy elaborados que han permitido determinar de manera mas precisa los parámetros que rigen estos procesos. Una de las dificultades en este tipo de estudios es que, como los neutrinos son partículas muy “elusivas”, se necesitan fuentes de neutrinos muy.potentes.

Los reactores nucleares son fuentes muy intensas de neutrinos, concretamente de antineutrinos. Cada proceso de fisión en un reactor conduce en promedio a seis desintegraciones beta sucesivas de los productos de fisión, cada una de las cuales produce un antineutrino. Por esta razón, un reactor estándar de 1 GWe, produce del orden de 1020antineutrinos por segundo.

Esto ha propiciado el desarrollo de una serie de experimentos de oscilación usando reactores como fuente primaria, siendo los ejemplos más actuales los de Double Chooz (Francia), RENO (Corea) y Daya Bay(China). Los primeros resultados de estos experimentos han permitido determinar recientemente, y sin ambigüedad, que uno de los parámetros que gobiernan el proceso de oscilación, el llamado ángulo Θ13 es no-nulo,en contra de suposiciones anteriores. Estos experimentos no han hecho más que comenzar, y en breve acumularán mayor estadística que permitirá determinar de forma precisa del espectro de anti-neutrinos del reactor. Esto permitirá estudiar nuevos aspectos de la física de los neutrinos.

Proceso gobernado por cuatro isótopos

El espectro de antineutrinos del reactor está determinado por la física nuclear que gobierna los procesos de fisión y desintegración. Son esencialmente cuatro los isotopos presentes en el núcleo del reactor que determinan la distribución de productos de fisión: 235U, 239Pu, 241Pu y 238U (en orden de importancia).

En total, hay que considerar más de un millar de productos de fisión. Cada producto de fisión produce un espectro de antineutrinos determinado por su estructura nuclear. La proporción entre las abundancias de los distintos productos depende en cada momento de la composición de la carga inicial de combustible, y de la historia operativa previa del reactor.

El conocimiento actual sobre el espectro de antineutrinos se basa en un único experimento realizado en el reactor del ILL (Grenoble), en el que se midió el espectro de partículas beta emitidas para los isótopos mencionados (todos excepto el 238U). Puesto que las energías de la partícula beta y el antineutrino están ligadas por el principio de conservación de la energía, es posible deducir el espectro de antineutrinos.

Sin embargo, el proceso de conversión no es tan simple y un nuevo análisis reciente de los datos sugiere que hay que corregir la magnitud por un +3%, lo que se ha dado en llamar la “anomalía de los neutrinos de reactores”, abriendo la puerta a la existencia de fenómenos no esperados (nueva física).

Una alternativa para obtener el espectro de antineutrinos del reactor es utilizar cálculos ab initio basados en nuestro conocimiento actual sobre los procesos nucleares que ocurren en el núcleo del reactor. Estos cálculos, llamados de sumación, extensos y complejos, consisten básicamente en sumar la contribución al espectro de cada producto de fisión en la proporción adecuada. Que el resultado sea relativamente fiable se debe a los avances en nuestro conocimiento de las reacciones y estructura de los núcleos atómicos.

Cálculos avanzados

En un artículo publicado en Physical Review Letters, un grupo de investigación del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV) ha presentado cálculos de sumación muy avanzados, utilizando las últimas bases de datos nucleares y comparando con las medidas del ILL. La comparación revela diferencias sistemáticas de hasta el 10% en el rango de energías relevantes. La diferencia es achacable a la calidad de la información disponible sobre la de desintegración de isotopos relevantes.

El grupo del IFIC ha desarrollado una técnica de medida que permite determinar con precisión la distribución de la intensidad de desintegración beta que determina el espectro de antineutrinos. La técnica, denominada espectroscopía gamma de absorción total, utiliza esencialmente “calorímetros” que absorben toda la radiación emitida y requiere sofisticados algoritmos de deconvolución. La virtud de este método es que esta libre de un error sistemático que puede afectar a las medidas alternativas, denominadas de alta resolución, y que distorsiona el resultado obtenido para la distribución de intensidad.

La mayor parte de la información contenida en las bases de datos actuales está de hecho obtenida con esta técnica. Como se demuestra en la publicación, la sustitución de los datos para un puñado de isotopos por nuevos datos obtenidos con la técnica de absorción total tiene un impacto importante (hasta un 9% para el 239Pu) y en la dirección apropiada sobre el espectro de neutrinos calculados. Esto abre la puerta a sustanciales mejoras en los cálculos de sumación, una vez que se hayan  identificado y medido con esta técnica isotopos relevantes.

Monitorizar actividades nucleares ‘secretas’

Una aplicación adicional de estos resultados está relacionada con un campo un tanto especial, el de control sobre la proliferación nuclear.  LaIAEA mantiene un grupo de trabajo sobre la posibilidad de monitorizar la actividad de los reactores nucleares a distancia y sin interferencias usando “pequeños” detectores de neutrinos. De esta forma, se podría llegar a verificar independientemente del operador de la planta nuclear, la potencia del reactor y la composición del combustible nuclear en cada momento, y detectar así actividades tendentes a la producción de Pu para usos no pacíficos. Los cálculos de sumación son esenciales en este caso.

http://www.i-cpan.es

 

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