¿El reactor de fusión nuclear Wendelstein 7-X es actualmente capaz de producir más energía de la que consume?

Answer 1

El experimento Wendelstein 7-x es un experimento de confinamiento de plasma y no está diseñado para permitir el uso de combustibles de fusión como el deuterio-tritio que le permitiría intentar la producción de energía de fusión de equilibrio.

W7-X se encuentra hoy en las primeras etapas de la primera operación de shakedown y se está probando primero con Helium-4, que no es un combustible de fusión fusible en condiciones terrestres. Helium-4 es más fácil y seguro de usar para ayudar a verificar la inyección de plasma y la contención del nuevo experimento de estellarador, por lo que en los primeros experimentos de agitación, lo que primero se usa es Helium-4. Hasta la fecha, no se ha utilizado combustible de fusión dentro del W7-x (y hasta la fecha no se ha producido una fusión real dentro del W7-x, independientemente de las historias salvajes sin fundamento en la prensa pública, a pesar de un avance de fusión no obstante).

El W7-X aún no funciona con un combustible de fusión (Deuterio o Deuterio-Tritio), las declaraciones sobre los avances de fusión W7-x son prematuras porque todavía no se produce fusión dentro del experimento.

Algunos hechos sobre W7-x a tener en cuenta:

En 2019, el equipo W7-x comenzará a usar deuterio en lugar de hidrógeno o helio para producir reacciones de fusión reales dentro de la máquina, pero en su configuración actual y sin combustible de fusión DT, no podrá crear más energía que el experimento necesita operar

Los asesores de asuntos públicos contratados por los gerentes de W7-x con frecuencia omiten mencionar estos hechos en sus comunicados de prensa; cuando esta política continúa durante un período significativo de meses y años, crea expectativas poco realistas por parte del público y es una práctica engañosa.

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Aquí hay algunos casos de “malos informes” en la prensa popular sobre el estado actual en W7-x provocado por los gerentes de W7-x con cuidado insuficiente para que el público obtenga la información precisa.

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Una búsqueda en Google en W7-x revelará muchos otros ejemplos flagrantes de informes exagerados e inexactos basados ​​en información colocada por oficiales de asuntos públicos de W7-x con reporteros científicos.

La verdad –
La física experimental en el experimento W7-x es excelente.
Informar al público sobre el estado del trabajo en el experimento W7-x ha sido descuidado (y al borde de ser deshonesto).

Hasta la fecha no se ha producido ninguna fusión en W7-x, el experimento todavía se encuentra en un modo de operación de verificación de ingeniería con plasma de helio. El combustible de fusión de deuterio no se probará hasta alrededor de 2019, dentro de 2-3 años. W7-x no tiene instalaciones para usar y almacenar de manera segura el tritio, por lo que es probable que nunca se use combustible de deuterio-tritio en este experimento.

La temperatura de plasma de 1,8 millones de grados C anunciada para el plasma de helio es una temperatura demasiado baja para proporcionar condiciones de fusión incluso para la forma más fácil de fusión DT (se requiere aproximadamente 1% de la temperatura de ~ 100 a 200 millones de grados C). El plasma de fusión también tiene actualmente una densidad muy baja (casi vacío) y aproximadamente una millonésima parte de la densidad del aire normal o menos.

Las muchas historias que han salido recientemente sobre el W7-X señalan las dificultades que tienen los físicos para transmitir con precisión el estado de sus experimentos de fusión a la prensa y al público. El W7-X puede algún día alcanzar la energía de equilibrio e ignición de fusión completa, pero ese día está un poco lejos. Los físicos alemanes necesitan desarrollar una mejor relación con los reporteros científicos y la prensa técnica para contar su historia con precisión sobre dónde se encuentra el experimento W7-X en lo que respecta a los principales objetivos de fusión, como lograr un punto de equilibrio energético.

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Si bien existe la esperanza de que W7-X algún día pueda operar con plasma de fusión más denso compuesto por combustibles de fusión reales, la mayoría de los estellaradores que han funcionado hasta la fecha solo han podido usar plasmas de muy baja densidad.

(¿Por qué importa la densidad plasmática?)

Con el propósito de producir plantas de energía de fusión pequeñas y rentables que competirán con las plantas de energía de combustibles fósiles y energías renovables, existe una clara ventaja al elegir dispositivos de plasma de alta densidad (alta beta), ya que la energía de un dispositivo de fusión es proporcional a la segunda potencia de la densidad plasmática.

Existe un rango impresionantemente grande de densidad plasmática en los experimentos de fusión actuales y planificados (ver gráfico a continuación)

Observe que hay más de 10 ^ 10 (diez orden de magnitud) de diferencia entre tokamak – densidad plasmática del stellerator y densidad plasmática de fusión ICF.

Observe que hay una diferencia de más de 10 ^ 10 (diez órdenes de magnitud) entre la densidad plasmática de tokamak – stellarator y la densidad plasmática de fusión ICF.

Cuando se producen reacciones de fusión en plasma, la potencia liberada no es linealmente proporcional a la densidad plasmática, sino más bien al cuadrado de la densidad plasmática, n2.

Con el propósito de producir plantas de energía de fusión pequeñas y rentables que competirán con las plantas de energía de combustibles fósiles y energías renovables, existe una clara ventaja al elegir dispositivos de plasma de alta densidad (alta beta), ya que la energía de un dispositivo de fusión es proporcional a la densidad plasmática.

La tecnología de fusión que no puede funcionar con plasmas de alta densidad corre el riesgo de que sean demasiado grandes y demasiado costosos de construir en relación con las plantas nucleares convencionales, renovables y de combustibles fósiles.

Para construir finalmente plantas de energía de fusión:

Los dispositivos de fusión de alta densidad plasmática son probablemente mejores.

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Answer 2

¡No! Wendelstein 7X es una máquina principalmente para probar la tecnología Stellarator en condiciones extremas, que tendrán los reactores futuros. Se quemará plasma de hidrógeno durante mucho tiempo. En alguna fase operativa, alimentarán deuterio en la máquina. Por lo tanto, habrá una reacción de fusión (fusión DD), en lo que respecta al plan. Pero no se ha planeado que tenga una reacción de fusión más eficiente, es decir, fusión DT en este dispositivo. (¡hasta donde sé …! Actualizaré la respuesta, a medida que encuentre más información al respecto). El tritio es especial, es crucial pero es radiactivo.

Lo que está preguntando sobre esto se llama “equilibrio” en términos técnicos, la situación en la que tiene al menos la misma cantidad de energía producida en la reacción de fusión que la cantidad total requerida para encender el plasma y lograr las condiciones de la reacción. Ninguna máquina ha alcanzado esta condición todavía, sin embargo, han tenido “disparos” de la reacción de fusión DT en otros reactores de fusión famosos como TFTR (experiencia TFTR con operación DT (Conferencia)) y JET (es el momento T para JET), que está planeado para ejecutar una campaña para lograr un punto de equilibrio a partir del próximo año. ITER: se planifica el camino hacia una nueva energía para lograr esto y también producirá más energía de la que consume. Estos tres son los llamados “tokamaks” y son diferentes del tipo de reactor que es W-7x, es decir, Stellarator

La tecnología Stellarator es extremadamente complicada (posiblemente, más complicada que el tipo alternativo de máquina de fusión tokamak). Tiene la ventaja de que logrará un modo continuo de operación de plasma en comparación con el modo pulsado en tokamak, que es mejor para los reactores de potencia. En esta etapa de investigación en estellaradores: W-7X, no generarán suficiente para obtener más energía de la que necesitan.

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“… las propiedades de un plasma encendido pueden ser transferidas en gran parte por el tokamak ITER a estellaradores. Wendelstein 7-X puede, por lo tanto, prescindir del uso del combustible de fusión radiactivo, tritio, reduciendo así en gran medida los costos”. [de Introducción]