¿Qué tan pequeño puede ser un reactor de fusión?

Answer 1

Todavía no tenemos una respuesta a su pregunta. Un par de puntos:

• Ninguna máquina de fusión ha obtenido potencia neta. Así que nada es un “reactor” todavía. Primero tuvimos fusión termonuclear en una máquina, hace 59 años en Los Alamos.
• El dispositivo más pequeño, más barato y más simple para obtener fusión es un fusor . Estos se han construido estudiantes de secundaria.

Esta máquina tiene fusión. Cabe en una habitación. Cuesta unos pocos miles de dólares. Puede funcionar casi continuamente. Fue construido por dos niños de 17 años. Puede fusionar el átomo . Pero la sabiduría convencional dice que: la energía producida por la fusión, en un fusor, es 10,000 veces menos que la energía absorbida de la jaula interior. Es por eso que esta máquina no puede generar energía neta.

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En última instancia, en el tamaño de un reactor estaría controlado por la cantidad de fusión que necesitamos para ejecutarlo , entonces:

• Si podemos obtener potencia neta, a partir de una PEQUEÑA cantidad de fusión, probablemente podamos escabullirnos con una máquina PEQUEÑA.
• Pero, si necesitamos una ENORME cantidad de fusión, para obtener energía neta, la planta de energía se verá obligada a ser ENORME.

En 1957, un hombre británico llamado John Lawson publicó el balance de energía para una máquina de fusión a base de plasma.

Para obtener una red, todo lo que necesita hacer es hacer que esta ecuación sea positiva . Aquí está cada término por separado:

• Velocidad de fusión: Esta es la cantidad de energía que está produciendo al fusionar el combustible. La mayoría de las investigaciones se han centrado en aumentar la tasa de fusión. Esto se hace elevando la temperatura, la densidad y el tiempo de captura, conocido como el producto triple.
• Pérdidas de conducción: esta es toda la energía que sale de la masa, ya que se pierde del núcleo de fusión. El metal es malo en la fusión. Cuando el plasma lo toca, actúa como una carretera que roba energía de los reactores de fusión. El plasma también sigue los campos, como los campos magnéticos y eléctricos, por lo que los buenos conceptos del reactor Fusion evitan que los campos choquen con superficies metálicas.
• Pérdidas de radiación: es la energía que sale de la nube como luz (UV, IR, rayos X, visible, etc.). La mayoría de los plasmas sangran constantemente energía lejos como luz.
• Eficiencia : así de efectiva es su máquina, qué tan bien captura la energía. Este es el más inexplorado área de investigación en fusión. Hay varias formas increíbles de capturar energía de un reactor de fusión.

Escribo en un blog sobre fusión, aquí en Quora y en mi blog (www.thepolywellblog.com). También estoy trabajando en un podcast sobre investigación de fusión (www.thefusionpodcast.com).

¡Espero que ayude!

Answer 2

Como un autor anterior dice acertadamente: “Depende de para qué lo desee”. Supongamos que desea producir electricidad para la red regional, para reemplazar una central eléctrica a carbón o gas. En ese escenario, necesitaría una instalación que produzca aproximadamente 1.5–2.0 GWe (gigavatios de energía eléctrica) para una planta en Europa o los Estados Unidos; aproximadamente 1/10 de eso estaría bien en el Lejano Oriente. Si desea una planta de electricidad en una pequeña ciudad de los EE. UU., Probablemente 100 MWe o más. Si desea alimentar un barco o un avión grande, 50 MWe son suficientes.

¿Qué significa eso en términos de tamaño físico? Nuevamente, la respuesta es “Depende”. Usando diseños de reactores de confinamiento magnético de 30 años (por ejemplo, ITER), un reactor de red regional no sería práctico. Se espera que ITER produzca el equivalente de calor de aproximadamente 200 MWe (o 500 MWth), y ya tiene 30 metros de altura y 30 metros de lado, incluidas todas las unidades auxiliares directamente en la máquina (calefacción, diagnóstico, puertos de alimentación, etc.) ) Sin embargo, ese diseño fue hace 30 años, y las cosas han mejorado enormemente desde entonces. Usando una física virtualmente idéntica y teorías relacionadas, los diseños más nuevos pueden reducir el tamaño de manera. Una máquina de tokamak esférica puede tener aproximadamente 1/20 del tamaño de ITER, y probablemente tener casi el doble de la producción, especialmente si el calor generado se puede usar de manera más eficiente en la generación de electricidad. Ahora estamos pensando que una instalación de 2 GWe tendría aproximadamente el tamaño de una central nuclear equivalente de hoy en día, pero no requeriría espacio de almacenamiento para los desechos nucleares.

Pero a la pregunta original: cuán PEQUEÑO puede ser uno. La comunidad de fusión ciertamente no es unánime en esto, pero creo que una instalación de 100 MWe sería la práctica más pequeña y que podría ocupar un espacio de aproximadamente 20 x 10 metros, incluidos los accesorios.

Esta es una máquina que utiliza tecnologías conocidas: tokamak esférico, imanes superconductores, pared tipo ITER (o tal vez una primera pared líquida), desviadores de tungsteno, etc. De hecho, el sector privado podría probar esta tecnología, ahora, si solo alguien lo hiciera tomar el liderazgo / riesgo financiero. Existen planes detallados – [correo electrónico protegido] si puedes ayudar!

Si, más tarde, la ambición de Lockheed / Martin de hacer un CFR (Compact Fusion Reactor) se puede realizar, sería genial, pero ahora soy escéptico al respecto.

Answer 3

Muy pequeño, si solo cuenta el volumen donde tiene lugar la fusión. Lo pequeño es fácil. El objetivo es hacerlo lo suficientemente grande como para producir energía útil.