Can the development of fusion energy be accelerated? An introduction to the proceedings

Abstract

This introduction reviews the unique opportunity of fusion power to deliver safe, carbon-free, abundant, base-load power. The differences from fission power are considered: especially why a Chernobyl, Three Mile Island or Fukushima accident could not happen with a fusion reactor. The Lawson triple product is introduced, along with tokamaks, or magnetic bottles, whose ability to approach close to the fusion burn conditions has so far put them above their competitors. Our last fusion power Discussion Meeting was organized by Derek Robinson FRS in 1998, and the progress since then is reviewed. Tokamaks are introduced, and the advantages of spherical tokamaks are listed along with the special engineering challenges that they introduce. Their key advantage is high plasma pressure, and the important β parameter indicating the efficiency of the magnetic field use is introduced. High-temperature superconductors are described along with the opportunities they allow for higher magnetic fields at higher current densities and more modest cryogenic temperatures. The question posed is whether the two developments of spherical tokamaks and high-temperature superconductors could lead to more economical fusion power plants and faster development than the current route through ITER and DEMO. This article is part of a discussion meeting issue ‘Fusion energy using tokamaks: can development be accelerated?’.

Beyond the physics and demonstration of ignition

“…The status and plans for MFE were discussed at a previous (2018) Royal Society meeting and later published [2] and are not the subject of this paper. A European Research Roadmap to the Realisation of Fusion Energy was prepared by EUROfusion and has been published [3].…”

Especies ligeras en materiales de interés para aplicaciones energéticas

“…Debido al incremento de la demanda energética global y la consecuente dependencia de los combustibles fósiles, la obtención de energía eléctrica a partir de la fusión nuclear se plantea como una solución alternativa que permitiría, además, reducir la emisión de CO2 y otros gases de efecto invernadero a la atmósfera [1][2][3][4][5]. Comparada con las fuentes de energía renovables, la fusión nuclear no presenta la naturaleza intermitente y estacional, ni los problemas de eficiencia en el almacenamiento que tanto caracterizan a estas primeras [1,3,5].…”

“…Debido al incremento de la demanda energética global y la consecuente dependencia de los combustibles fósiles, la obtención de energía eléctrica a partir de la fusión nuclear se plantea como una solución alternativa que permitiría, además, reducir la emisión de CO2 y otros gases de efecto invernadero a la atmósfera [1][2][3][4][5]. Comparada con las fuentes de energía renovables, la fusión nuclear no presenta la naturaleza intermitente y estacional, ni los problemas de eficiencia en el almacenamiento que tanto caracterizan a estas primeras [1,3,5]. Aunque la gran ventaja que presenta la fusión nuclear es el empleo como combustible de deuterio y litio, ambos disponibles en cantidades virtualmente inagotables, hay también otra serie de argumentos a su favor: además de no producir gases de efecto invernadero, durante el proceso no se generan residuos radioactivos de vida larga, o son muy limitados, y es inherentemente seguro, ya que la reacción de fusión puede detenerse fácilmente si fuera necesario [1,3].…”

“…Comparada con las fuentes de energía renovables, la fusión nuclear no presenta la naturaleza intermitente y estacional, ni los problemas de eficiencia en el almacenamiento que tanto caracterizan a estas primeras [1,3,5]. Aunque la gran ventaja que presenta la fusión nuclear es el empleo como combustible de deuterio y litio, ambos disponibles en cantidades virtualmente inagotables, hay también otra serie de argumentos a su favor: además de no producir gases de efecto invernadero, durante el proceso no se generan residuos radioactivos de vida larga, o son muy limitados, y es inherentemente seguro, ya que la reacción de fusión puede detenerse fácilmente si fuera necesario [1,3].…”

“…Sin embargo, a pesar de que los primeros diseños de reactores de fusión nuclear datan de principios de la década de 1950 (el Tokamak en ese mismo año, y el Stellarator en 1951), no todas las dificultades científicas y técnicas que han de resolverse para lograr disponer de esta prometedora fuente de energía han logrado solventarse a día de hoy, entre las que destacan el calentamiento y confinamiento del plasma, el suministro de combustible, la compatibilidad entre los iones y neutrones presentes en el plasma con los materiales estructurales y de contención, la seguridad radiológica, o incluso la propia percepción del público [1,4,6].…”