Voy a volver a publicar descaradamente la respuesta que le di: ¿Qué es Fusion?
Puedo explicar esto tres veces:
- A estudiantes de primaria
- A estudiantes de secundaria
- Y a estudiantes de posgrado.
Explicación para estudiantes de primaria …
Tomas dos átomos pequeños y haces uno grande.
- Si hay problemas y objeciones sobre la eliminación de los desechos nucleares, ¿por qué no podrían cargarse en varios cohetes y dispararse al sol?
- ¿Por qué la energía nuclear es mejor que la energía solar?
- ¿Los manatíes que se reúnen cerca de las centrales nucleares exhiben algún síntoma de envenenamiento radiactivo?
- ¿Qué causó el colapso de la central nuclear de Fukushima?
- ¿Los reactores nucleares usan uranio 235 o 238?
En el proceso pierdes algo de la masa. (Específicamente el “pegamento” que mantiene unido el núcleo).
Esta masa se convierte en energía, a través de E = MC ^ 2.
Este proceso genera más energía que cualquier proceso conocido por la humanidad . Es el proceso que alimenta el sol.
Explicación para estudiantes de secundaria …
Fusion es la combinación de átomos pequeños. En el proceso, parte de la masa se pierde, convirtiéndose en energía, a través de E = MC ^ 2. La masa de estos átomos podría ser:
1 + 1 = 1.95
¿Ves eso perdido 0.05? Eso le falta masa, que se ha convertido en energía. La masa perdida se conoce como la energía de unión; Es el pegamento que mantiene unido el núcleo.
La fusión es común para átomos menos masivos que el hierro, mientras que la fisión es común en átomos más grandes que el hierro. Esto se muestra en la gráfica de “energía por nucleón” a continuación.
A la izquierda del hierro, los átomos más pequeños, la fusión es más probable. A la derecha, la fisión es más probable.
Teóricamente, podría fusionar cualquier átomo , si tuviera suficiente energía, confinamiento y tiempo. Las estrellas fusionan los átomos aplastándolos juntos, bajo altas presiones y temperaturas. La humanidad hizo fusión por primera vez cuando detonamos la bomba atómica Ivy Mike el 1 de noviembre de 1952. Pero, la primera fusión controlada fue realizada por la humanidad, en Los Alamos National Labs en 1958. La máquina que lo hizo con el nombre de SCYLLA 1.
Desde entonces, hemos estudiado muchas reacciones de fusión, disparando haces de átomos a otros átomos. La “fusibilidad” se mide en unidades de graneros. Aquí está la fusibilidad de tres reacciones de fusión.
Este cuadro le dice qué tan probable es que dos átomos se fusionen a diferentes velocidades de colisión.
La reacción de fusión más fácil de hacer es el deuterio y el deuterio. Esto es básicamente hidrógeno, con un neutrón adicional en el centro. La reacción se muestra a continuación.
La fusión de deuterio es muy común. Puedes comprarlo en la web. Los estudiantes de secundaria incluso han hecho fusión en sus hogares con deuterio y un dispositivo conocido como fusor.
Explicación para estudiantes de posgrado….
La fusión nuclear implica la colisión de dos núcleos a altas velocidades. Para que puedan fusionarse, deben superar su barrera culombiana. Esto sería enérgicamente imposible, de no ser por un efecto de túnel cuántico que reduce la energía necesaria para la fusión. El túnel solo ocurre cuando los átomos son distancias del orden de 2 femtómetros . El Dr. Hans Bethe contribuyó mucho a nuestros modelos de fusión en la década de 1930.
La fusión controlada se logró por primera vez en el Laboratorio Nacional de Los Alamos en 1958, utilizando una máquina Pinch. La máquina arrojó grandes cantidades de corriente por los lados de un tubo de metal lleno de deuterio ionizado. Esto creó un campo magnético agudo hacia adentro que aplastó el plasma a altas presiones y temperaturas. Este mecanismo se muestra a continuación. Las temperaturas típicas de laboratorio para la fusión son de 10 a 15 millones de grados Kelvin.
Desde la invención de la máquina pinch, se han propuesto muchos enfoques de fusión. Estas ideas se agrupan a continuación por familia o enfoque.
Los detalles sobre cada uno de estos enfoques están fuera del alcance de esta respuesta, pero se pueden encontrar en esta quora respuesta de agosto de 2016.
El objetivo final de la investigación de fusión es obtener potencia neta. Aprovechar la fusión para generar energía para toda la humanidad, esto aún no se ha logrado en ninguna parte de la tierra. Para llegar allí, necesitamos superar el balance de energía para una máquina de fusión basada en plasma; mostrado a continuación.
Esto fue explicado por John Lawson en un famoso artículo de investigación de fusión de 1958. Hoy en día, hay startups de fusión que intentan resolver este problema. Dos conocidos son General Fusion y Tri Alpha Energy, ambos que han recaudado del orden de 100 millones de dólares en fondos de capital riesgo.
Para terminar, escribo en un blog sobre fusión. En este momento estoy desarrollando un podcast con entrevistas con investigadores de fusión en los Estados Unidos, Canadá y la UE. Si estás interesado, espero que consideres echarle un vistazo. Envíame un mensaje con cualquier pregunta que tengas.