¿Por qué no se puede controlar una reacción de fusión nuclear?

Answer 1

Las reacciones de fusión se pueden controlar.
Actualmente se generan más de 10 ^ 10 más fusiones en el universo observado que cualquier otra reacción de liberación de energía (por ejemplo, fisión nuclear).
En las estrellas impulsadas por fusión, predomina la fusión por confinamiento gravitacional.
La gravedad en el núcleo de las estrellas es suficiente para mantener el combustible de fusión (protones) en un confinamiento lo suficientemente cerca como para lograr de manera confiable la fusión pp.

Es desafortunado que la fusión confinada de gravitación estable solo se pueda lograr cuando la masa del objeto es varias veces mayor que el planeta Júpiter (o mayor).

Hay una forma práctica de fusión terrestre que la humanidad posee (pero que actualmente no usamos).

Fusión de confinamiento inercial –

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). 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 produce 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).

Se percibe ampliamente que las formas comerciales de fusión nuclear están actualmente a ~ 50 años de distancia (y siempre lo estarán), pero la realidad es que un pesimismo tan extendido y excesivo sobre la fusión no está justificado.

Fusión de confinamiento inercial hoy en día es limitada por el controlador.

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, 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, 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 (> 10 MJ de energía 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 de fusión completa de pequeñas esferas llenas de combustible DT de subgramo de masa. Estos experimentos se clasificaron una vez, pero el DOE en 1995 permitió al científico principal, el Dr. John Lindl, desclasificar y revelar aproximadamente la mitad de la información del proyecto Halite-Centurion relacionada con la fusión. Los experimentos de Halite-Centurion se mencionan en un documento fundamental para el diseño de la instalación NIF: un documento de 91 páginas de John Lindl titulado “Desarrollo del enfoque de impulso indirecto para el confinamiento inercial y la base física objetivo para el encendido y la ganancia”. El éxito de Halite-Centurion fue utilizado por los gerentes de LLNL para vender el programa NIF al Congreso a mediados de la década de 1990.

Documentos de origen (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 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…

Notas de tecnología ICF –

La energía necesaria para encender una reacción de fusión termonuclear confinada inercialmente en deuterio-tritio (DT) líquido (o sólido) no es tan grande; es del orden de no más de
10 MJ
o aproximadamente la misma cantidad de energía química almacenada en aproximadamente 1.25 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).

Answer 2

Hay varias razones.

La única forma conocida de controlar una reacción de fusión es con un campo magnético extremadamente fuerte y conformado / enfocado. Con la tecnología actual todavía no podemos hacerla lo suficientemente fuerte. Se rompe en milisegundos después de la reacción, deteniendo la reacción.

Si la reacción se mantiene durante más de unos pocos milisegundos, el calor generado comenzaría a derretir el recipiente de contención. Esto también es resultado de un campo magnético no lo suficientemente fuerte.

El estado de los controles electrónicos no es lo suficientemente rápido como para controlar el campo magnético para contrarrestar las fluctuaciones de fusión cuando el combustible necesita reabastecerse para una reacción sostenida. El combustible se consume en microsegundos y necesita “repostar” miles de veces por segundo.

Y hasta ahora, una reacción de fusión necesita más energía de la que produce.

No quiere decir que no pueda suceder, tomará tiempo y $$$$. Cuando funcione, transformará la producción de energía, muchas veces más de lo que se suponía que debía hacer la fisión nuclear.

Answer 3

Se puede controlar. Los científicos de la fusión se están acercando al control de la fusión. Esta semana, el laboratorio National Spherical Torus en los EE. UU. Anunció un descubrimiento que ayudará a estabilizar el plasma. Un reactor de fusión toroidal chino mantuvo encendido un plasma durante más de un minuto. No utilizaron combustible de fusión de deuterio o tritio, pero mantener un plasma de hidrógeno estable fue un logro.