DEMO

DEMO

DEMO (central elèctrica de DEMOstración) és un reactor de fusió propost més allà del reactor de fusió nuclear experimental ITER. Els objectius de DEMO són normalment entesos com un pas intermig entre ITER i un "primer acostament" a un reactor comercial de fusió. Mentres no hi ha consens internacional clar en l'alcanç o els paràmetros exactes, dits paràmetros són a sovint utilisats com a llínea base per a estudis de disseny: DEMO tindria que produir a lo manco 2 gigavatios de poder de fusió de forma contínua, i tindria que produir 25 voltes més energia que l'introduïda en ell per a operar. Un disseny de DEMO entre 2 i 4 gigavatios de producció tèrmica estaria a l'altura d'una estació potència elèctrica moderna.

Per a conseguir els seus objectius, DEMO té que tindre unes dimensions llinealés aproximadament 15% més grans que ITER, i una densitat de plasma aproximadament 30% més gran. Com prototip de reactor de fusió comercial, una predicció optimista resa que DEMO podria produir energia de fusió per a 2033. Està estimat que els reactors de fusió comercials subsegüents podrien ser construïts invertint un quarto del cost de DEMO.

Full de ruta

El següent full de ruta va ser presentada en la Conferència d'Energia de Fusió en 2004 per Christopher Llewellyn Smith:

• El disseny conceptual deuria ser completat per a 2017.
• El disseny d'ingenieria deuria ser completat per a 2024 (despuix de proyectar les proves D-T de ITER, i rebre les senyes d'IFMIF abdós varen ser retardats del 2016 inicial).
• La primera fase de construcció seria des de 2024 a 2033.
• La primera fase d'operació seria des de 2033 a 2038.
• El procés deurà ser llavors expandit i actualisat (p. eix. en fase 2 disseny de la cobertura o blanket).
• La segona fase d'operació deuria escomençar en 2040.

En 2012 L'Agència Europea de Fusió (EFDA per les seues sigles en anglés) va presentar un full de ruta cap a una planta de fusió comercial en un pla que mostra les dependències de DEMO en les activitats de ITER i IFMIF.

• El disseny conceptual deuria ser completat en 2020
• El disseny d'ingenieria, i el proyecte de construcció, en 2030.
• Construcció de 2031 a 2043.
• Operació des de 2044, demostrant la viabilitat de la producció elèctrica fins a 2048.

Este full de ruta de 2012 estava pensada per a ser actualisada en 2015 i 2019, pero EFDA va ser reemplaçada per la FusionForEnergy (F4E).

Disseny tècnic

La reacció deuteri-triti (D-T) de fusió es va considerar la més prometedora per a produir energia de fusió.

Quàn el deuteri fusiona en el triti els dos núcleus junts formen, des d'un estat resonante, un núcleu d'heli (una partícula alfa) i un neutró d'energia alta.

D + T → He + 10n + 17.6 MeV

DEMO serà construït una volta s'hagen solucionat els molts problemes d'ingenieria en els reactors de fusió actuals. Estos problemes inclouen: confinament del combustible en forma de plasma a altes temperatures, mantenint una suficient densitat de ions reactius, i capturant els neutrons d'alta energia de la reacció sense fondre les parets del reactor.

• l'energia d'activació per a fusió és molt gran perque els protones en cada núcleu es repelixen fortament l'u a l'atre; són abdós de càrrega positiva. Per a fusionar, els núcleus tenen que estar a una distància d'1 femtómetro (1×10⁻¹⁵ metros) entre sí, a on per efectes de les forces nuclears fortes, es fusionarien aplegant a un estat resonante. En principi, algunes reaccions de fusió ocorreran també quàn fas de deuteri i triti són accelerats i fusionarien seguint el model de la física de partícules. Aixina i tot, la provabilitat de colisió elàstica (simple dispersió de fas) és molt més gran que la secció eficaç de la fusió (la provabilitat dels núcleus per a fusionar). Per lo tant, molta energia és utilisada per a accelerar els fas, i podria ser major que la conseguida de la fusió. El "truc" és per a formar una distribució per al deuteri i el triti, a temperatures molt altes, a on els núcleus experimenten fusió, mentres les colisions elàstiques contínues entre els atres núcleus (sent estos, la majoria dels acontenyiments) no alteraran l'estat del plasma.
• DEMO, un reactor del tipo tokamak, requerix un plasma dens i temperatures altes per a que la reacció de fusió siga autosostenida.
• Les temperaturas altes otorguen als núcleus sificiente energia com per a véncer la seua repulsió electrostàtica. Açò requerix temperatures de l'orde de 100 000 000 °C, i per a conseguir-ho s'utilisa energia de vàries fonts, incloent calfament òhmic (per mig de corrents elèctriques induïdes en el plasma), microones, fas iònics, o injecció de fas neutres.
• Les parets de contenció fonen a eixes temperatures, llavors el plasma ha de ser mantingut alluntat de les parets per mig de confinament magnètic.

Una volta la fusió ha escomençat, neutrons d'alta energia a al voltant de 160 000 000 000 kelvin seran emesos fòra del plasma junt en rajos X, sense ser afectats pels forts camps magnètics. Com els neutrons reben la majoria de l'energia de la fusió, seran la font principal de producció d'energia tèrmica del reactor. El producte d'heli calent a aproximadament 40 000 000 000 kelvin s'usarà (temporalment) per a calfar el plasma, i té que reduir tots els mecanismes de pèrdua (majoritàriament radiació de frenat de rajos X procedents de les colisions electròniques) els quals tendixen a gelar el plasma prou corrents.

• La contenció del tokamak tindrà un forre compost d'un composite ceràmic que contindrà tubos en els quins el metal de liti líquit fluirà, gelant el recobriment.
• El liti fàcilment absorbirà els neutrons d'alta velocitat per a formar heli i triti, calfant-se en el procés.
• Este aument en temperatura està passarà a un atre refrigerante intermig, possiblement aigua líquida presurizada en un tubo sagellat.
• La calor del refrigerante intermig s'usara per a hervir aigua en un bescanviador de calor.
• El vapor del bescanviador de calor passarà per una turbina, generant corrent elèctrica.
• El calor residual sobrant de la generació elèctrica serà abocat a l'entorn.

• L'heli producte d'esta fusió serà el "rebuig" d'este procés, i no es deixarà acumular massa en el plasma.
• Cantitats cuidadosadament medides de deuteri i triti seran afegides al plasma i calfades.
• El liti serà processat separar-ho de l'heli i del triti, de forma equilibrada per a produir més calor i neutrons. Només una cantitat minúscula de liti serà consumida.

El proyecte DEMO està pensat per a implementar i millorar els conceptes de ITER. Sent solament un proyecte a dia de hui, molts dels detalls, incloent els métodos de calefacció i el método per a la captura de neutrons d'energia alta, seguixen sent una incògnita.