El Joint European Torus ( JET ) fue un experimento de física de plasma confinado magnéticamente , ubicado en el Centro Culham para la Energía de Fusión en Oxfordshire , Reino Unido . Basado en un diseño de tokamak , el centro de investigación de fusión fue un proyecto europeo conjunto cuyo objetivo principal fue abrir el camino a la futura energía de la red de fusión nuclear . En el momento de su diseño, el JET era más grande que cualquier máquina comparable.
JET se construyó con la esperanza de alcanzar un punto de equilibrio científico donde el factor de ganancia de energía de fusión Q = 1,0. [1] Comenzó a funcionar en 1983 y pasó la mayor parte de la siguiente década aumentando su rendimiento en una larga serie de experimentos y actualizaciones. En 1991 se realizaron los primeros experimentos con tritio , lo que convirtió al JET en el primer reactor del mundo en funcionar con una mezcla de combustible de producción de 50-50 de tritio y deuterio . También se decidió añadir un diseño desviador al JET, lo que ocurrió entre 1991 y 1993. El rendimiento mejoró significativamente y en 1997 el JET estableció el récord de mayor aproximación al punto de equilibrio científico, alcanzando Q = 0,67 en 1997, produciendo 16 MW de energía de fusión mientras inyecta 24 MW de potencia térmica para calentar el combustible. [2]
Entre 2009 y 2011, JET estuvo cerrado para reconstruir muchas de sus partes, para adoptar conceptos que se estaban utilizando en el desarrollo del proyecto ITER en Saint-Paul-lès-Durance , en Provenza , en el sur de Francia. [3] En diciembre de 2020, se inició una actualización del JET utilizando tritio, como parte de su contribución al ITER. [4]
Inmediatamente después del anuncio del cierre de JET en la conferencia de la OIEA en Londres en octubre de 2023, el grupo "Scientists for JET" lanzó una petición para pedir una revisión de la decisión de cerrar JET, ya que los científicos temían un lapso de tiempo de investigación y pérdida de personal entre Cierre de JET y inicio de operaciones de ITER. [5]
JET finalizó sus operaciones en diciembre de 2023 y se espera que el desmantelamiento dure hasta 2040. [6]
A principios de la década de 1960, la comunidad de investigación de la fusión estaba "de capa caída". Muchos caminos experimentales inicialmente prometedores no habían logrado producir resultados útiles, y los últimos experimentos sugirieron que el rendimiento estaba estancado en el límite de difusión de Bohm , muy por debajo de lo que sería necesario para un generador de fusión práctico. [7]
En 1968, los soviéticos celebraron la reunión periódica de investigadores de la fusión en Novosibirsk , donde introdujeron datos de su tokamak T-3. Esto representó un salto dramático en el rendimiento de la fusión, al menos 10 veces lo que las mejores máquinas del mundo habían producido hasta ese momento. Los resultados fueron tan buenos que algunos los descartaron como mediciones defectuosas. Para contrarrestar esto, los soviéticos invitaron a un equipo del Reino Unido a probar su máquina de forma independiente. Su informe de 1969 confirmó los resultados soviéticos, lo que provocó una "verdadera estampida" de construcción de tokamak en todo el mundo. [8] [9]
Un problema clave en los diseños de tokamak fue que no generaban suficiente corriente eléctrica en su plasma para proporcionar suficiente calentamiento para llevar el combustible a condiciones de fusión. Se necesitaría algún tipo de calefacción externa. No faltaron ideas para esto y, a mediados de la década de 1970, se construyeron una serie de máquinas en todo el mundo para explorar estos conceptos. Uno de ellos, el Princeton Large Torus (PLT), demostró que la inyección de haz neutro era un concepto viable, utilizándolo para alcanzar temperaturas récord muy por encima de los 50 millones de K, que es el mínimo necesario para un reactor práctico. [10]
Con el éxito del PLT, el camino hacia el equilibrio científico finalmente parecía posible después de décadas de esfuerzos. El punto de equilibrio científico es el punto donde la potencia producida por las reacciones de fusión es igual a la cantidad de potencia inyectada para calentar el plasma. Una vez que se alcanza el punto de equilibrio, incluso las pequeñas mejoras a partir de ese punto comienzan a aumentar rápidamente la cantidad de energía neta que se libera. Equipos de todo el mundo comenzaron a planificar una nueva generación de máquinas que combinaran los inyectores de PLT con imanes superconductores y recipientes de vacío que pudieran contener combustible de deuterio-tritio en lugar de los combustibles de prueba que contenían deuterio puro o hidrógeno que se habían utilizado hasta ese momento. [11]
En 1971, los estados miembros de la Comunidad Europea de la Energía Atómica (Euratom) decidieron a favor de un programa de fusión sólido y proporcionaron el marco legal necesario para el desarrollo de un dispositivo de fusión europeo. [12] En 1975, se completaron las primeras propuestas para la máquina JET. El diseño detallado tomó tres años. [13] A finales de 1977, después de un largo debate, Culham fue elegido como lugar anfitrión del nuevo diseño. La financiación se aprobó el 1 de abril de 1978 como entidad jurídica "Empresa Común JET". [14]
El reactor se construyó en un nuevo sitio junto al Centro Culham para la Energía de Fusión , el laboratorio de investigación de fusión del Reino Unido inaugurado en 1965. La construcción de los edificios fue realizada por Tarmac Construction , [15] comenzando en 1978 con el Torus Hall. La sala se completó en enero de 1982 y la construcción de la máquina JET comenzó inmediatamente después de la finalización de la sala Torus. [14] El coste fue de 198,8 millones de unidades de cuenta europeas (predecesor del euro) [16] o 438 millones en dólares estadounidenses de 2014. [17]
El JET fue uno de los dos únicos modelos de tokamak diseñados para funcionar con una mezcla de combustible real de deuterio y tritio , siendo el otro el TFTR construido en Estados Unidos . Ambos fueron construidos con la esperanza de alcanzar un punto de equilibrio científico donde el "factor de ganancia de energía de fusión" o Q = 1,0. [18] [19] [20] [1]
JET logró su primer plasma el 25 de junio de 1983. [14] Fue inaugurado oficialmente el 9 de abril de 1984 por la reina Isabel II . [21] El 9 de noviembre de 1991, JET realizó el primer experimento de deuterio-tritio del mundo. [22] Esto superó a la máquina estadounidense, TFTR, por dos años completos. [23]
Aunque tuvieron mucho éxito, JET y su homólogo TFTR no lograron alcanzar el punto de equilibrio científico. Esto se debió a una variedad de efectos que no se habían observado en máquinas anteriores que operaban a densidades y presiones más bajas. Sobre la base de estos resultados y de una serie de avances en la configuración del plasma y el diseño del desviador, surgió un nuevo diseño de tokamak, a veces conocido como "tokamak avanzado". Un tokamak avanzado capaz de alcanzar el punto de equilibrio científico tendría que ser muy grande y muy caro, lo que motivó el esfuerzo internacional ITER . [24]
En 1991, se realizaron los primeros experimentos que incluyeron tritio , lo que permitió que JET funcionara con el combustible de producción de una mezcla 50-50 de tritio y deuterio . [3] También se decidió en este momento agregar un desviador, permitiendo la eliminación del material de desecho del plasma. [25] El rendimiento mejoró significativamente, lo que permitió a JET establecer muchos récords en términos de tiempo de confinamiento, temperatura y fusión del triple producto . En 1997, JET estableció el récord de mayor aproximación al punto de equilibrio científico. Alcanzó Q = 0,67, produciendo 16 MW de energía de fusión mientras inyectaba 24 MW de energía térmica para calentar el combustible, [26] un récord que se mantuvo hasta 2021. [27] [28] Este fue también el récord de mayor energía de fusión producida. . [29] [30]
En 1998, los ingenieros de JET desarrollaron un sistema de manipulación remota con el que por primera vez era posible intercambiar determinados componentes utilizando únicamente manos artificiales. Un sistema de "Manipulación Remota" es, en general, una herramienta imprescindible para cualquier central de fusión posterior y en especial para el Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER) que se está desarrollando en Saint-Paul-lès-Durance , en Provenza , sur de Francia. Este sistema de Telegestión daría lugar más tarde a RACE (Aplicaciones Remotas en Entornos Desafiantes) . [31]
En 1999, se estableció el Acuerdo Europeo para el Desarrollo de la Fusión (EFDA) con la responsabilidad del futuro uso colectivo de JET. [32]
En octubre de 2009, se inició un período de parada de 15 meses para reconstruir muchas partes del JET para adoptar conceptos que se estaban utilizando en el desarrollo del proyecto ITER en Saint-Paul-lès-Durance , en Provenza , en el sur de Francia. [3] Esto incluye el reemplazo de componentes de carbono en el recipiente de vacío por componentes de tungsteno y berilio . [33]
A mediados de mayo de 2011, el cierre llegó a su fin. [34] La primera campaña experimental después de la instalación del "Muro tipo ITER" comenzó el 2 de septiembre de 2011. [35]
El 14 de julio de 2014, la Comisión Europea firmó un contrato por valor de 283 millones de euros para otra extensión de cinco años para que se puedan realizar investigaciones más avanzadas sobre energías superiores en JET. [36]
El Brexit puso en duda los planes de JET. Como parte de su plan de salida de la UE, el Reino Unido debía abandonar Euratom, que financia el JET. [37] Las conversaciones sobre la financiación después de 2018, cuando expiró el plan quinquenal, comenzaron y un nuevo acuerdo para extender el funcionamiento de JET hasta 2019 o 2020 parecía estar prácticamente completo. Estas conversaciones quedaron en suspenso tras el anuncio del Brexit. [12] Sin embargo, en marzo de 2019, el Gobierno del Reino Unido y la Comisión Europea firmaron una extensión del contrato para JET. [38] Esto garantizaba las operaciones del JET hasta finales de 2024, independientemente de la situación del Brexit. [39] En diciembre de 2020, se inició una actualización del JET utilizando tritio, como parte de su contribución al ITER. [4]
El 21 de diciembre de 2021, JET produjo 59 megajulios utilizando combustible de deuterio-tritio mientras mantenía la fusión durante un pulso de cinco segundos, superando su récord anterior de 21,7 megajulios con Q = 0,33, establecido en 1997. [28] [40]
En octubre de 2023, JET estableció su récord final de energía de fusión, produciendo 69,29 megajulios en 6 segundos con solo 0,21 mg de combustible DT . [41] [42] En noviembre de 2023, se inició una petición pidiendo que no se cerrara JET, y los científicos temían una brecha de tiempo de investigación y una pérdida de personal entre el cierre de JET y el inicio de las operaciones de ITER. [5] Las operaciones cesaron en diciembre, después de realizar 105.842 pulsos, y se espera que el desmantelamiento dure hasta 2040. [6] Los pulsos finales se utilizaron para operar el JET fuera de sus capacidades de diseño. [43] Se espera que el proceso de desmantelamiento y reutilización dure hasta 2040. [6]
Inmediatamente después del anuncio del cierre de JET en la conferencia de la OIEA en Londres en octubre de 2023, el grupo "Científicos por JET" lanzó una petición para pedir una revisión de la decisión de cerrar JET. [5] A los científicos les preocupa que la fecha de finalización del JET se haya fijado suponiendo que el ITER estaría en funcionamiento en esa fecha para continuar con los experimentos de fusión, pero con el inicio del ITER pospuesto y las reacciones deuterio-tritio (DT) del ITER programadas solo para 2035, eso Habrá un intervalo de muchos años sin que se realicen investigaciones sobre la fusión. [5]
JET tiene un radio principal de 3 metros y la cámara de vacío en forma de D tiene 2,5 metros de ancho y 4,2 metros de alto. [44] El volumen total de plasma que contiene es de 100 metros cúbicos, aproximadamente 100 veces mayor que la máquina más grande en producción cuando comenzó el diseño del JET. [45]
JET fue uno de los primeros tokamaks diseñado para utilizar una cámara de vacío en forma de D. Inicialmente, esto se consideró como una forma de mejorar el factor de seguridad, pero durante el diseño, también se notó que haría mucho más fácil construir el sistema mecánicamente, ya que reducía las fuerzas netas a través de la cámara que intentan forzar el sistema. toro hacia el centro del eje mayor. Idealmente, los imanes que rodean la cámara deberían ser más curvados en la parte superior e inferior y menos en el interior y el exterior para soportar estas fuerzas, lo que conduce a algo así como una forma ovalada a la que la D se aproxima mucho. La forma más plana en el borde interior también era más fácil de soportar debido a la superficie más grande y plana. [46]
Mientras exploraba la estabilidad de varias formas de plasma en una computadora, el equipo notó que los plasmas no circulares no cancelaban exactamente la deriva vertical para la cual se introdujeron originalmente los campos retorcidos. Si el plasma se desplazara hacia arriba o hacia abajo, continuaría viajando en esa dirección. Sin embargo, las simulaciones demostraron que la velocidad de deriva era lo suficientemente lenta como para contrarrestarla utilizando imanes adicionales y un sistema de retroalimentación electrónica. [44]
El campo magnético primario de un tokamak lo suministra una serie de imanes que rodean la cámara de vacío. En JET, se trata de una serie de 32 imanes enrollados en cobre, cada uno de los cuales pesa 12 toneladas. En total transportan una corriente de 51 MA, y como tenían que hacerlo durante periodos de decenas de segundos, están refrigerados por agua. Cuando está en funcionamiento, la bobina intenta expandirse con una fuerza de 6 MN , hay un campo neto hacia el centro del eje mayor de 20 MN y una fuerza de torsión adicional porque el campo poloidal dentro del plasma está en diferentes direcciones en el arriba y abajo. Todas estas fuerzas recaen sobre la estructura externa. [47]
Rodeando todo el conjunto se encuentra el transformador de ocho brazos de 2.600 toneladas con el que se induce una corriente en el plasma. El objetivo principal de esta corriente es generar un campo poloidal que se mezcla con el suministrado por los imanes toroidales para producir el campo retorcido dentro del plasma. La corriente también cumple el propósito secundario de ionizar el combustible y calentar algo el plasma antes de que otros sistemas tomen el control. [48]
La principal fuente de calentamiento en JET es proporcionada por dos sistemas: inyección de haz neutro de iones positivos y calentamiento por resonancia de ciclotrón de iones. El primero utiliza pequeños aceleradores de partículas para disparar átomos de combustible al plasma, donde las colisiones hacen que los átomos se ionicen y queden atrapados con el resto del combustible. Estas colisiones depositan la energía cinética de los aceleradores en el plasma. El calentamiento por resonancia de ciclotrón de iones es esencialmente el equivalente en plasma de un horno de microondas , que utiliza ondas de radio para bombear energía a los iones directamente haciendo coincidir su frecuencia de ciclotrón . JET fue diseñado para que inicialmente se construyera con unos pocos megavatios de ambas fuentes y luego se ampliara hasta 25 MW de haces neutros y 15 MW de calefacción de ciclotrón. [49]
Los requisitos de energía del JET durante el pulso de plasma son de alrededor de 500 MW [50] con un pico superior a 1000 MW. [51] Debido a que el consumo de energía de la red principal está limitado a 575 MW, se construyeron dos grandes generadores de volante para proporcionar esta energía necesaria. [51] Cada volante de inercia de 775 toneladas puede girar hasta 225 rpm y almacenar 3,75 GJ, [52] aproximadamente la misma cantidad de energía cinética que un tren que pesa 5.000 toneladas y viaja a 140 kilómetros por hora (87 mph). Cada volante utiliza 8,8 MW para girar y puede generar 400 MW (brevemente). [51]
Medios relacionados con el Toro Europeo Conjunto en Wikimedia Commons51°39′33″N 1°13′35″O / 51.65917°N 1.22639°W / 51.65917; -1.22639
