¿Por qué no se fabrican los reactores de fusión nuclear? El ejercito es el arma mas fuerte

Has hecho una gran pregunta. Una planta de energía de fusión incluye resolver varios problemas. Aquí están esos problemas, con diferentes soluciones explicadas:

Antecedentes:

La fusión ocurre cuando dos iones se juntan. Una buena regla general: cuando dos iones de deuterio chocan a ~ 10,000 eV de energía; La fusión es una posibilidad. Los iones están contenidos dentro del plasma. Se hace plasma al calentar un gas. Cuando el deuterio se calienta más allá de los 16 eV, los electrones e iones se separarán. El plasma es una sopa de iones (+) y electrones (-).

I. Calentamiento de plasma : el primer paso para el poder de fusión es calentar el plasma; Hay varias formas de hacerlo.

Campos eléctricos. Puede calentar un (+) con un (-) campo eléctrico; Aquí hay varios ejemplos. En ITER aceleran un haz de iones (+) hacia abajo de una caída de voltaje, neutralizándolo e inyectándolo en un tokamak. Con los fusores , las personas solo usan dos jaulas de alambre una dentro de la otra y ponen una caída de voltaje sobre ellas para calentar los iones. Con trampas de enclavamiento o pozos de polietileno, las personas intentan hacer y mantener la caída de voltaje utilizando una nube de plasma llena con más (-) electrones.

Microondas de plasma . Puede calentar un gas en el microondas para hacer un plasma, de la misma manera que cocina alimentos en el microondas. Muchas herramientas (ejemplos: grabado de obleas de silicio o limpiadores de plasma) usan microondas como una forma simple y barata de hacer plasma. Dicho esto, el plasma de fusión debe ser mucho más caliente que el plasma convencional.

Compresión de plasma. El calentamiento por compresión comprime una gran cantidad de energía en un volumen pequeño, el calentamiento por “enfoque geométrico”. En la fusión por láser , hacen esto haciendo explotar un granulado de combustible de fusión congelado. Hay una explosión de material hacia afuera y una onda de choque opuesta igual hacia adentro. En Omega , generalmente comprimimos el material a 1,000 veces la densidad del agua y 10 a 15 millones de grados Kelvin por un período de tiempo que dura del orden de nanosegundos. En General Fusion , la compresión se realiza con una pared de metal líquido que exprime un plasma casi estable. Si entiendo correctamente el foco de plasma denso , el concepto también usa compresión.

Oscilaciones Magnéticas. Lockheed ha propuesto calentar el plasma usando oscilaciones magnéticas para calentar el plasma en su reactor de fusión compacto .

II Contención: a continuación, debe mantener el plasma caliente.

La forma más común es con un campo magnético. El plasma es un fluido funky que conduce campos eléctricos y magnéticos. Puede contener plasma, dirigir el plasma y detener el plasma con campos magnéticos. Los iones pueden girar y seguir líneas de campo magnético , siguiéndolos de un lado a otro como los autos en la carretera. Esto conduce al enfoque más común para mantener en plasma: un campo magnético retorcido y en bucle. Esto se utiliza en: stellerators , tokamaks y tokamaks esféricos y el riggatron . Esto también condujo a la configuración del campo magnético de la “taza del inodoro” utilizada en el LDX . También puedes reflejar iones. Un ion puede invertir la dirección si se mueve de un campo magnético de baja densidad a uno de alta densidad ; Esto se llama espejo magnético. Este método se utilizó en la cerca de piquete , el espejo magnético y en las formas beta bajas del pozo de polietileno . Finalmente, el plasma también puede generar sus propios campos magnéticos a través de su propio movimiento. Esta tendencia para que el plasma se contenga a sí mismo ha sido utilizada por: spheromaks y configuraciones inversas de campo.

También puede contener iones (+) con un campo eléctrico . Esta es la base del fusor . Esta no es una clasificación exhaustiva, la mayoría de los métodos utilizan combinaciones de campos eléctricos y magnéticos.

III. Tiempo de ejecución: a continuación, debe ejecutar su máquina de fusión, obtener fusión, durante un período de tiempo. Aquí están los típicos “tiempos de disparo”.

La fusión con láser solo retiene el plasma por cortos períodos de tiempo (nanosegundos)
Pellizcos, foco de plasma también son explosiones cortas de fusión.
Los pozos de polietileno de baja beta han mostrado caídas de voltaje durante ~ 10 – 20 segundos.
Los Tokamaks son típicamente decenas de segundos para el tiempo de disparo
Los fusores pueden fusionarse continuamente durante horas o incluso días, hasta que la jaula se queme o se agote el combustible, etc.

IV. Extracción de energía: debe encontrar una manera de extraer energía de una nube de plasma de fusión caliente. El JET Tokamak ha estado haciendo esto desde 1991 ( la primera liberación controlada de energía de fusión del mundo ). Aquí hay algunos métodos:

Conversión directa: el mejor método para capturar energía de la fusión es la conversión directa. El método demostró una eficiencia de captura del 47%, en la década de 1980 en una máquina espejo (la máquina TMX-U ). Pero eso fue en un laboratorio , quién sabe si podemos hacer que funcione como un método estándar de captura de energía.

Tubo de onda itinerante: este concepto es donde una corriente de partículas cargadas atrae corriente a través de un cable envolvente enrollado.

Poder de vapor tradicional: General Fusion quiere usar fusión para calentar un fluido de trabajo (metal líquido) y luego usarlo para calentar agua y hacer vapor. Steam también se propuso en el concepto LIFE para la fusión láser.

Híbridos de fusión / fisión : También se ha propuesto utilizar los neutrones de un reactor de fusión para recargar el material, gastado en un reactor de fisión. Esto también fue parte de la propuesta de fusión láser LIFE apoyada por Livermore (2006-2013).

V. Potencia neta: una vez que extrae energía, necesita alcanzar la potencia neta. Hasta ahora, esto ha sido esquivo para la investigación de fusión. Si viéramos potencia neta, eso sería un gran avance, equivalente al primer vuelo de los hermanos Wright.

En la década de 1950, John Lawson nos dio el balance energético para una fusión con una nube de plasma caliente:

Potencia neta = Eficiencia de la máquina * (Potencia de fusión – Pérdidas de radiación – Pérdidas de conducción)

La eficiencia de la máquina explica qué tan bien la máquina calienta, atrapa y mantiene la velocidad de fusión. También explica qué tan bien el dispositivo captura la energía. La pérdida de radiación ocurre cada vez que un plasma cambia de velocidad, por cualquier motivo. Tendemos a pensar en ello como una emisión analizada (ciclotrón, sincrotrón, visible, IR, UV, Bremsstrahlung, etc.), pero en realidad es la nube que desvanece la energía como luz, a medida que el plasma se mueve. El otro término de pérdida es las pérdidas de conducción . Esto es cuando la masa abandona la nube. Lleva consigo energía. Desea aislar el plasma de cualquier superficie metálica. El poder de la fusión es el último término a considerar. Gran parte del mundo de la fusión se ha centrado en elevar este término con un producto triple alto. Se han centrado en esto sin tener en cuenta el costo, la escala y la complejidad. Aquí está la ecuación para el poder de la fusión.

Potencia de fusión = Densidad numérica de combustible A * Densidad numérica de combustible B * Sección transversal (temperatura) * Energía por reacción

Esto generalmente se promedia en toda la nube.

VI. Mantenimiento de planta de energía: Después de esto, debe ejecutar y mantener su planta de energía de fusión durante un largo período de tiempo.

1. La durabilidad varía ampliamente según el enfoque . La gente llama a esto el problema del “primer muro”, pero el problema no es el mismo para todos los enfoques. El punto clave es: ¿cuál es la tasa de fusión que ocurre dentro de la máquina? Fusion produce neutrones, y los neutrones arruinan las cosas. Fusion también produce calor, radiación gamma, iones calientes y (para algunos combustibles) partículas alfa, etc., por lo tanto, la primera pared puede tener que lidiar con muchos problemas simultáneos. Fragmentación: donde los neutrones hacen agujeros en los materiales circundantes. Hay transmutación, donde los alfas y los neutrones golpean las paredes de la cámara y se fusionan con estos materiales. Hay estrés térmico, donde el calentamiento y enfriamiento rápidos causan problemas en las paredes. También hay emisión termiónica, donde el calor hace que los iones se emitan espontáneamente desde las superficies.

2. Pero, si el balance de energía solo requiere una baja tasa de fusión, muchos de estos problemas podrían evitarse . Digamos que solo estamos fusionando algunas veces por minuto, y ejecutamos nuestra máquina de fusión de manera muy eficiente; para que la potencia neta se pueda extraer de esta baja tasa. Entonces la durabilidad del material aumenta.

3. Además, si ejecutamos un combustible aneutrónico, el problema de neutrones se reduce. El protón boro-11 no produce neutrones directamente, pero sí una reacción secundaria. Esta es una posibilidad remota con nuestra tecnología actual.

Cuando se toma en conjunto: es sorprendente cuánto han logrado los humanos en el espacio de poder de fusión. Estamos mucho más cerca de lo que la mayoría de la gente aprecia.