Progreso hacia la central de fusión nuclear más compacta y eficiente

La energía de fusión, la fuente de energía de las estrellas promete satisfacer la demanda energética mundial al ofrecer una alternativa limpia, sostenible y viable a los combustibles fósiles. La fusión nuclear es una fuente inagotable de energía, con abundante combustible disponible en los océanos y la corteza terrestre.

Sin embargo, aprovechar la energía de fusión de manera controlada y económica presenta desafíos importantes, principalmente debido a las dificultades para confinar un plasma de alta temperatura con propiedades adecuadas para la fusión. Un enfoque prometedor en el desarrollo de centrales eléctricas de fusión nuclear implica el uso de campos magnéticos toroidales. Tokamak destaca como el sistema más avanzado para contener plasma de fusión estable. Los tokamaks tradicionales, con sus grandes relaciones de aspecto (A=R/a, donde R es el radio de plasma mayor y a el menor), utilizan campos magnéticos helicoidales generados por un campo magnético toroidal impuesto externamente y un campo poloidal inducido por una corriente en el plasma. Estos tokamaks a gran escala han allanado el camino para el escenario de referencia utilizado en ITER.

Los Tokamaks esféricos (ST), caracterizados por sus bajas relaciones de aspecto, representan una vía prometedora hacia reactores de fusión más compactos y rentables en comparación con los tokamaks convencionales. Los ST mantienen los niveles de confinamiento del tokamak convencional al tiempo que ofrecen mayores límites de estabilidad magnetohidrodinámica (MHD), lo que permite presiones de plasma más altas y mayores densidades de potencia de fusión. En los tokamaks, la densidad de potencia de fusión es generalmente proporcional a la cuarta potencia de la intensidad del campo magnético toroidal (B_t) en el eje magnético de la máquina. La llegada de los superconductores de alta temperatura (HTS) presenta oportunidades para lograr campos magnéticos más altos a costos más bajos, lo que lleva al desarrollo de plantas de energía de fusión más compactas y eficientes.

Sin embargo, las altas densidades de potencia alcanzables en plantas de energía de fusión súper compactas basadas en ST de alto campo plantean desafíos adicionales de escape de energía que requieren soluciones alternativas. Los plasmas con forma de triangularidad negativa emergen como un potencial cambio de paradigma que podría permitir la planta de energía de fusión más compacta basada en ST de alto campo debido a sus niveles reducidos de fluctuaciones y su mínima interacción plasma-pared.

Se presentarán los principios físicos, los diseños conceptuales, los desafíos clave y el potencial de las asociaciones público-privadas para avanzar en las plantas de energía de fusión basadas en ST de alto campo.

Currículum Vitae

Profesor Titular de Universidad.
Departamento: Física Atómica, Molecular y Nuclear.

Con más de 20 años de experiencia en física de plasma y energía de fusión, soy un profesor apasionado y dedicado a la Universidad de Sevilla, donde imparto clases y superviso a estudiantes de grado y posgrado, y lidero un grupo de investigación sobre energía de fusión y física de plasma. Soy doctor en Ciencias por la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich, y he trabajado como investigador en el Instituto Max Planck de Física del Plasma de Alemania, colaborando con equipos internacionales en distintos proyectos y publicaciones. Mis competencias básicas incluyen la física del plasma, la investigación de educación superior, la enseñanza de la educación superior y la comunicación intercultural. Estoy motivado por el reto y el potencial de crear fuentes de energía limpias y sostenibles para el futuro, y por la oportunidad de compartir mi conocimiento y entusiasmo con la próxima generación de científicos. Valoro la diversidad, la colaboración y la curiosidad, y me esfuerzo por fomentar un entorno de aprendizaje estimulante y de apoyo para mis alumnos y compañeros.

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