Estamos realmente más cerca de una planta viable de fusión nuclear hoy en 2017.
La humanidad actualmente posee una tecnología de fusión terrestre existente probada experimentalmente para “trabajar” y producir fusión con ganancia de energía.
Se percibe ampliamente que las formas comerciales de fusión nuclear están a ~ 30 años de distancia (y siempre lo estarán), pero la realidad es que un pesimismo tan extendido y excesivo sobre la fusión no está justificado.
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La humanidad tomó posesión de una forma práctica de generar energía a partir de la fusión hace más de 50 años con la prueba nuclear Ivy-Mike que produjo energía de fusión a partir de Deuterio puro a través de la fusión DD. La fusión práctica siempre será hace más de 50 años (no dentro de 50 años).
La energía necesaria para encender una reacción de fusión termonuclear confinada inercialmente en deuterio-tritio (DT) líquido (o sólido) no es tan grande; Los experimentos de campo reales [1] realizados en el sitio de prueba de Nevada durante la guerra fría mostraron que la fusión ICF pura de pequeñas esferas de subgramo de combustible DT requeridas en el orden de no más de 20 MJ o aproximadamente la misma cantidad de energía química almacenada en alrededor de 2.5 tazas de gasolina automotriz.
El problema es que esta energía debe comprimirse en el espacio (enfocada a un área inferior a 2 mm) y en el tiempo (a menos de 3 nanosegundos).
Hoy en día, existen dispositivos de fusión pura más pequeños diseñados para generar energía limpia (no efectos de explosión) a partir de la fusión DD pura de Deuterio separada del agua de mar. Uno de estos diseños se llama mini-Mike, que está diseñado para producir un pequeño rendimiento de energía controlada predecible de 250 GJ.
Nota: El deuterio separado del agua de mar es totalmente no radiactivo y la fusión de este combustible produce solo desechos nucleares totalmente no radiactivos (helio).
La fusión de confinamiento inercial puro que no utiliza la fisión nuclear para producir las condiciones para la fusión es hoy en día un factor de fusión limitado.
Todavía no es experimentalmente posible construir un láser (o acelerador de partículas iónicas) lo suficientemente grande como para producir ignición de fusión DT. Aún así, a muchas personas, incluido el Congreso, les gustaría saber con certeza si la fusión por confinamiento inercial finalmente funcionará y producirá energía neta a partir de la fusión. Para responder a esta pregunta, en los últimos años de pruebas nucleares subterráneas de la guerra fría, tanto LANL como LLNL diseñaron una serie de disparos de prueba llamados Halite-Centurion. Las tomas de la serie Halite-Centurion estaban relacionadas con fusiones agregadas en tomas respaldadas en tomas que ya estaban programadas.
Estas tomas fueron diseñadas para utilizar una pequeña porción de los rayos X producidos desde el primario de un dispositivo experimental a través de una línea de visión hasta un experimento de fusión remota alojado a cierta distancia en el recipiente de prueba experimental subterráneo. Los láseres y los controladores de fusión de haz de iones, como estaban disponibles en ese momento (1980 – 1992) no podían proporcionar la energía del controlador requerida para producir la ignición de fusión, pero los rayos X de un dispositivo de fisión encendido remotamente podrían proporcionar la energía del controlador necesaria (> 20 Energía MJ entregada en un punto de aproximadamente 2 mm en un tiempo de menos de 3 nanosegundos).
Los experimentos de fusión de Halite-Centurion en el desierto de Nevada funcionaron y produjeron de manera confiable y repetida la ignición por fusión completa de pequeñas muestras de subgramo de combustible DT (en pequeñas esferas llenas). Estos experimentos se clasificaron una vez, pero el DOE permitió al científico principal Dr. John Lindl desclasificar y revelar aproximadamente la mitad de la información del proyecto relacionada con la fusión.
Lo que falta en los experimentos de fusión ICF actuales para apoyar la construcción de plantas de energía de fusión ICF prácticas es un controlador de fusión con características lo suficientemente cercanas al controlador empleado por LANL y LLNL en las pruebas de Halite-Centurion para permitir la ignición de fusión completa con ganancia de energía. Un controlador capaz de entregar más de 20 MJ en un área enfocada de menos de 2 mm en un tiempo de menos de 3 nanosegundos. El controlador láser del controlador NIF actual es capaz de entregar aproximadamente 2 MJ de energía total y solo puede lograr la fase de “calentamiento alfa” de la operación de fusión, una etapa que precede inmediatamente al encendido por fusión. Las simulaciones por computadora de LASNEX e HYDRA de mediados de la década de 1990 en las que LLNL basó el diseño de ingeniería del láser NIF fueron demasiado optimistas al predecir las características requeridas del controlador de fusión para producir ignición. El fracaso de las simulaciones LASNEX e HYDRA resultó en que NIF se construyó demasiado pequeño para lograr el objetivo de ignición por fusión y para que NIF sirviera como la base de la tecnología de planta de fusión LIFE ICF. Sin embargo, también debe admitirse que, además de la potencia del controlador, existen otros problemas de ingeniería no resueltos un poco menos críticos (pero aún importantes) para ICF, incluida la simetría de implosión y las inestabilidades de plasma (Rayleigh-Taylor) que roban la energía del plasma ICF cuando se acerca a las condiciones de fusión. El uso de un controlador de fusión más robusto, como el que se empleó en la guerra fría, los experimentos de fusión DT iniciados con rayos X de Halite-Centurion permitieron una simetría óptima y una inestabilidad plasmática leve y aún funcionan y producen fusión DT con ganancia de energía.
El progreso sostenido de cuatro décadas en láseres pulsados de alta potencia ha sido fenomenal y continúa siendo fenomenal.
El progreso en el área del controlador de fusión láser que frena la fusión ICF avanza rápida e implacablemente, con una tasa de avance demostrada de cuatro décadas que supera cualquier otro esfuerzo tecnológico sostenido (incluida la ley de Moore: el crecimiento en el número de transistores en chips de CPU). En los últimos diez años, la potencia de los grandes láseres de pulso rápido del tipo apropiado como controlador de fusión láser ha mejorado en un factor de 1000X.
Los láseres Fast Pulse están mejorando rápidamente en relación con otros posibles controladores de fusión ICF. Si bien los láseres se están volviendo más potentes, también se están volviendo más baratos de construir y operar.
El siguiente enlace es a una tabla que muestra el progreso histórico de los láseres de pulso rápido según sea apropiado para su uso como controladores de fusión ICF:
Láseres pulsados de alta potencia
Sin embargo, debe admitirse que en un entorno de progreso considerable, los controladores láser existentes son aún demasiado pequeños para producir de manera confiable el encendido por fusión ICF DT. El encendido exitoso requiere una alta potencia entregada combinada con suficiente energía total entregada a la cápsula de fusión.
Basado en los resultados de los experimentos reales de ignición de Halite-Centurion de la guerra fría
El encendido DT completo de esferas DT de subgramo pequeñas requiere:
20 MJ de energía láser de rayos X entregados a un punto de 2 mm de diámetro en un marco de tiempo de ~ 3 nanosegundos o menos.
Actualmente, NIF solo es capaz de producir alrededor de 2 MJ de energía, pero es capaz de producir 500 TW de pulsos de luz potentes, cortos y brillantes del orden de aproximadamente 100 femtosegundos de ancho al objetivo de fusión. Las pérdidas dentro del hohlraum reducen la energía láser entregada a la cápsula de fusión real a alrededor de 14 kilojulios de energía.
NIF actualmente no es capaz de producir ignición de fusión completa, pero tiene éxito en operar en un régimen de “calentamiento alfa” que ocurre justo antes de la ignición.
Ya existe un buen trabajo en la dirección de los dispositivos de fusión ICF puros:
En la era de la guerra fría, LANL y LLNL hicieron diseños preliminares de dispositivos de fusión pura, pero no tuvieron éxito con la tecnología de controlador de fusión de los años 70 disponible. En el año 2001, el DOE permitió revelar el hecho de que EE. UU. Tenía un esfuerzo sostenido bien organizado y bien financiado para producir dispositivos de fusión pura ultra limpios que no requerían fisión nuclear para producir las condiciones para el fusón ICF.
DECISIONES DE DECLASIFICACIÓN DE DATOS RESTRINGIDAS DE 1946 AL PRESENTE
http://www.fas.org/sgp/othergov/…
(ver sección C de este documento)
Ahora existen buenos diseños preliminares para las centrales eléctricas de fusión ICF:
El Dr. Ralph Moir ha diseñado varias plantas de energía de fusión de sal fundida. Sus ideas merecen un estudio y un desarrollo comercial mucho mayores una vez que se demuestra la energía de fusión láser ICF pura con ganancia. Se requiere ingeniería adicional para lograr un diseño de planta de energía de fusión ICF terminado que pueda revisarse por seguridad y construirse.
“Versión de combustible de sal fundida de Laser Inertial Fusion Fission Energy (LIFE)”, RW Moir et al., Fusion Science and Technology 56 (agosto de 2009) 632-640.
http://www.ralphmoir.com/wp-cont…
http://hifweb.lbl.gov/public/Sha…
[1] – Documentos fuente de Halite-Centurion (con enlaces cuando sea posible) –
Artículo del NY Times publicado en el momento de las pruebas de campo de Halite-Centurion: el avance secreto en la fusión nuclear provoca una disputa entre los científicos
El avance secreto en la fusión nuclear provoca una disputa entre los científicos
El siguiente documento contiene lo que John Lindl pudo publicar públicamente con respecto a Halite-Centurion ICF por el DOE
“Desarrollo del enfoque de impulso indirecto para la fusión por confinamiento inercial y la base de la física objetivo para la ignición y la ganancia”. John Lindl Página: 3937. AIP Física del plasma. Instituto Americano de Física, 14 de junio de 1995.
http://hifweb.lbl.gov/public/Sha…