Els tipus de confinament nuclear

Qui ho diu que la fusió sigui fàcil?

--------------- Què entenem per confinament? ---------------- ----------------- Quins problemes presenta? --------------------------------- Principis generals del confinament --------------------------------- Confinament en un reactor --------------------------------------- Els tipus de confinament ----------------------------------------- El confinament magnètic ------------------------------------------- El confinament inercial ---------------------------------------- El confinament electrostàtic ----------------------------------- Diferències entre confinaments --------------------------------------- Opinions dels experts -------------------------------------------------------- L’ITER ------------------------------------------------------ Actualitat dels confinaments ------------------------------------------------ Bibliografia -------------------------------

Què entenem per confinament?Entenem per confinar recloure dins d’uns límits, tancar algú o

alguna cosa en un espai limitat

En la fusió nuclear, al parlar de confinament ens referim al mètode d’aïllar i emmagatzemar el plasma dins de la cambra de buit per poder

iniciar la fusió.

Quins problemes presenta?El confinament del plasma a dins del reactor és un dels reptes més

difícils als que s’enfronten els científics.

El tractament del plasma porta diferents dificultats:

Cal recordar que el plasma es troba a milers de graus de temperatura i un contacte amb les parets provocaria un refredament d’aquest i un possible deteriorament de la cambra de buit que el conté

Un altre problema del plasma és aconseguir que assoleixi la temperatura de fusió de forma eficaç i controlada, perdent el

mínim d’energia possible.

Per evitar el contacte amb les parets cal utilitzar mètodes complexos que poden involucrar la utilització de

superconductors a temperatures molt baixes.

Principis generals del confinamentHi ha unes condicions que s’han de donar per recloure el plasma

de forma segura dins el reactor.

Primer cal que hi hagi un equilibri entre les forces que actuen sobre el plasma perquè es mantingui estable.

És necessari que el sistema sigui estable i que petites desviacions en el plasma tornin al seu estat original sense risc destruir tot el conjunt.

La pèrdua de partícules i calor ha de ser petita per no perdre

energia o deteriorar el sistema.

Confinament en un reactorPer fer una idea de la dificultat de la tasca, a sota podem veure un

esquema del confinament comú d’un reactor nuclear.

Es pot analitzar que l’aparell no és per res simple i que hi ha diferents barreres especials que són necessàries per poder realitzar

el confinament del plasma.

Els tipus de confinament

Actualment, hi ha tres mètodes per confinar el plasma dins d’un reactor de fusió, aquests són el magnètic, l’inercial i

l’electrostàtic.

El confinament magnèticEl confinament magnètic pretén aconseguir la fusió d’àtoms

utilitzant camps magnètics creats per superconductors.

Les forces creades aïllarien el plasma a l’interior de la cambra de buit propiciant l’escalfament que es fa mitjançant la utilització de solenoides d’alta intensitat.

El confinament inercialEl confinament inercial consisteix a aconseguir les condicions necessàries perquè es produeixi la fusió nuclear, fent que els nuclis es fusionin tan ràpidament que no tinguin temps per

moure’s.

Els dos enfocaments d’aquest confinament han estat la fusió

per làser i la fusió per feix d’ions.

D’ambdues formes l’escalfament es produeix en

el mínim tems possible dirigint feixos de partícules

carregades directament cap al plasma.

Recentment s’ha descobert que els mateixos feixos de partícules serveixen per evitar que el plasma contacti les parets de la

cambra.

El confinament electrostàticEncara que no és el mètode més comú, hi ha aparells que

l’utilitzen.

Aquest mètode escalfa i confina ions mitjançant camps electrostàtics. L’aparell més conegut és el Fusor, on ions volen cap a les càrregues

negatives i són escalfats per camps elèctrics.El problema amb aquest mètode és que gran part de l’energia es perd

en forma de radiació lumínica.

Diferències entre confinamentsEls dos confinaments més estesos són el magnètic i l’inercial ja que l’electrostàtic comporta un pèrdua d’energia elevada

que no interessa.

Confinament magnètic Confinament inercial

Per escalfar el plasma utilitza solenoides que provoquen camps magnètics que triguen un cert temps en provocar la fusió.

El plasma es controla mitjançant camps magnètics amb superconductors.

Per escalfar el plasma condueix un feix de partícules que aconsegueix la fusió en qüestió de segons.

El mateix feix d’ions serveix per controlar el plasma.

Més diferènciesConfinament magnètic Confinament inercial

Llarg temps d’experimentació, des dels anys 40 ja s’utilitzaven camps magnètics.

Opera de manera contínua des de l’inici del procés.

Depèn de camps magnètics, sistemes de refrigeració...

Menor temps de recerca , inici de les investigacions als anys 70.

Opera mitjançant polsos.

Depèn només de l’energia elèctrica.

Opinions dels expertsDaniel Clery, reporter i graduat en física teòrica, creu que cal ser

optimistes amb la fusió i l’ampli potencial d’aquesta.

D.Rosen, del laboratori nacional de Lawrence Livermore a California assegura en un article que la fusió inertial pot significar una font fiable i prometedora pel futur ja que la

baixa pèrdua d’energia que provoca és tot un avenç.

De forma general, l’opinió científica és que la fusió té un futur indubtable però llunyà i

per això cal seguir treballant en busca de mètodes que ajudin a

apropar-la una mica més.

L’ITERL’ITER, el projecte de fusió nuclear a més gran escala fins al

moment, és un exemple de confinament magnètic.L’aparell utilitza un sistema d’escalfament per inducció i

controla el plasma per l’ús de camps magnètics.

Actualitat dels confinamentsEl confinament magnètic, a part de a l’ITER, també és utilitzat

en altres aparells coneguts com el tokamak superconductor de Korea anomenat KSTAR.

Aquest sistema és, actualment, el més estès arreu del món.

Últimament s’ha descobert que el material més eficient per revestir els panells que mantenen la cambra de buit neta d’un reactor és la closca del coco. Degut a aquest fet 2002 cocos van ser importats d’Indonesia cap a l’ITER.

Bibliografiahttp://www.rae.es/

http://sites.psu.edu/amh5892edsgn100/2012/10/31/fusion-energy-comparing-inertial-confinement-and-magnetic-confinement-reactor-designs-with-examples/

http://www.iter.org/machhttp://en.wikipedia.org/wiki/Fusion_power#Confinement

http://fire.pppl.gov/PHPRosen.pdf

Gràcies

Treball fet per Marc Zorrila i Jordi Foix