Iniciación al Diseño Conceptual de un Reactor de Fusión Nuclear

Abstract

Debido a la situación social, económica y energética actual nos vemos obligados a encontrar y desarrollar nuevas vías de generación de energía. En este punto, se considera como potencial candidata a la fusión nuclear, una innovadora alternativa a la antigua fisión nuclear, que genera mayores cantidades de energía evitando la generación de residuos tóxicos. Este proyecto resulta de la necesidad de conocer la base y principios físicos de las reacciones de fusión nuclear para así poder estudiar los principales parámetros que intervienen en el diseño de los reactores de generación de potencia por fusión nuclear y poder extraer ciertas conclusiones sobre su adecuación a los objetivos actuales. Como punto de partida es necesario conocer el panorama actual y nivel de desarrollo de los reactores de fusión. Se comenzará por estudiar las ventajas de la fusión frente al resto de formas de generación de energía así como la elección de la reacción D-T y el confinamiento magnético como forma de confinar el plasma. Una vez se conozca esto se pasará a estudiar los reactores de fusión por confinamiento magnético y la forma de diseñarlos. Para conseguir dicho objetivo se utilizará un modelo simplificado del que se conoce un método de obtención de parámetros clave para el diseño de reactores de fusión, los tokamaks. Una vez implementado dicho método lo que se hará será estudiar la dependencia de los citados parámetros con diferentes variables como el tamaño, radio o razón de aspecto. Finalmente, se extraerán diferentes conclusiones en cuanto al desempeño de los reactores presentando una comparativa entre ellos y la correlación entre los métodos de obtención de parámetros de forma teórica y los valores de estos obtenidos empíricamente.

Due to the social, economical and energetic situation, we are forced to look for and develop new ways of power generation. At this point, nuclear fusion is considered to be a potential candidate, an innovative alternative to the old nuclear fision, which generates more energy avoiding generating toxic waste. This Final Degree Project arises from the need to know the basis and physics principles of the nuclear fusion reactions so that we are able to study the main parameters that take place in the fusion power generation reactors design and come to conclusions about the adaptation of the actual objectives. As a starting point, it is necessary to know the actual scenario and the development of fusion reactors. First, advantages of fusion will be studied, as well as the choice of the D-T reaction and magnetic confinement as the way of confine plasma. Once this is known, the next step is to study magnetic confinement fusion reactors and how to design them. To meet this objectives, a simplified model will be used, based on a method for the determination of key parameters of tokamak pilot plants and reactors. Once this is achieved, the next stage will be to study the dependance between those values and the different key parameters as the size, or more precisely, the radius. Finally, several conclusions will be obtained regarding the reactors performance presenting a comparation between them and the correlation between the theoretical obtainment methods given the empirical values.