¿Qué pasó con la fusión nuclear como alternativa a los reactores nucleares?

Answer 1

P: ¿Qué pasó con la fusión nuclear como alternativa a los reactores nucleares?

R: Contrariamente a lo que dice la opinión actual, Nuclear Fusion está bastante cerca.
Fusion Más pequeño y más barato de lo que cualquier analista de energía convencional ahora predice:

Si bien es común considerar la fusión DT cuando se hacen comparaciones en los argumentos de fisión versus fusión, en una perspectiva a largo plazo, probablemente sea mejor usar la fusión DD para representar el caso de fusión.

La fusión DD es más barata y más sostenible a largo plazo que la fusión DT (actualmente solo hay suficiente suministro mundial de Tritium para mantener una planta de energía de fusión DT de 500 MWe alimentada y en funcionamiento durante 2 a 3 meses, mientras que hay suficiente Deuterio en los océanos del mundo , 4.6 x 10 ^ 13 toneladas métricas, para suplir todas las necesidades de energía de la tierra a un nivel de 17 TW durante 29 mil millones de años).

La fusión DD también es más enérgica en peso de combustible que la fusión DT cuando todas las reacciones de fusión, incluidas las cadenas laterales, se completan. De todas las reacciones nucleares (fisión o fusión): la fusión DD de Deuterio puro separado del agua de mar produce el mayor rendimiento energético por kilogramo de combustible consumido.

Es de lamentar que la fusión DD sea ligeramente más compleja que la fusión DT y produzca energía a través de cuatro reacciones en lugar de una reacción como DT. La complejidad adicional de la reacción de cuatro contra uno puede tender a desanimar a los escritores y comentaristas científicos, por lo que la fusión de DT obtiene habitualmente más cobertura en la prensa popular. Desde una perspectiva a más largo plazo, es probable que la fusión DD sea de mayor importancia histórica general y en el futuro produzca una gran parte de la energía futura necesaria para alimentar nuestro mundo.

Las cuatro reacciones de fusión DD (y la reacción de efecto neto):

D + D -> He-3 + n + 3.268 MeV

D + D -> T + p + 4.03 MeV

(cadenas laterales)

D + T -> He-4 + n + 17.588 MeV

He-3 + D -> He-4 + p + 18.34 MeV

El efecto neto de estas cuatro reacciones de fusión tomadas juntas es:

6 D -> 2 He-4 + 2p + 2n + 43.243 MeV

La producción de energía que resulta de las cuatro reacciones de fusión DD es 3.439248 x 10 ^ 8 MJ / kg. La temperatura que debe alcanzar un reactor de fusión para producir una quema eficiente de plasma DD es de 350 millones de K.

Resumen de Fusión Nuclear – Perspectivas para reactores comerciales innovadores 2018-2025

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LANL y LLNL lograron que la fusión ICF funcionara y produjera ignición de fusión completa y plasma quemado a fines de la década de 1980 y principios de la década de 1990 en pruebas de campo Halite-Centurion que alguna vez fueron clasificadas.

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 en pruebas nucleares subterráneas, LANL y 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 por fusión completa de pequeñas esferas llenas de combustible DT. 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. Los experimentos de Halite-Centurion se mencionan en un documento fundamental para el diseño de la instalación NIF: el 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”, publicado en 1995 en la AIP / Física de plasmas. 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.
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Las medidas de calidad de vida, como el acceso al agua, la esperanza de vida y los años de escolaridad, se correlacionan con una mayor tasa de consumo de energía per cápita. Por supuesto, es difícil mostrar la causalidad en lugar de la correlación, pero parecería que poner a disposición de los países y las personas más pobres del mundo energía de bajo costo y políticamente indiscutible es indudablemente ventajosa. La importancia de la fusión, su capacidad para reemplazar los combustibles fósiles y eliminar sus impactos ambientales dañinos, reducir la competencia por los recursos y sacar a las personas de la pobreza energética, es convincente.

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La conversión completa de combustible nuclear de deuterio libera un contenido de energía de 250 x 10 ^ 15 julios por tonelada métrica de deuterio. La cantidad de deuterio en los océanos del mundo se estima en 4,6 x 10 ^ 13 toneladas métricas. El deuterio presente en el agua de mar producirá alrededor de 5 x 10 ^ 11 TW-año de energía. En el año 2014, todo el planeta consumió alrededor de 17 TW años de energía, lo que significa que el contenido de energía del deuterio en el agua de mar sería suficiente para 29,4 mil millones de años de suministro de energía.

Para dar a los 10 mil millones de personas que se espera que vivan en el planeta en 2050 el nivel de prosperidad energética a la que estamos acostumbrados en el mundo desarrollado, un uso promedio continuo de energía de 6 kilovatios por persona, como es típico en Europa, necesitaríamos generar 60 teravatios como planeta, el equivalente a 900 millones de barriles de petróleo por día.

El tiempo transcurrido desde la primera formación de la Tierra = 4.54 mil millones de años.

El tiempo hasta que se quema el sol = 5 mil millones de años.

El deuterio en el mar es capaz de alimentar por completo el planeta Tierra a un nivel de 60 Teravatios durante 8.33 mil millones de años (más tiempo que la tierra ha existido o el sol se quemará)

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Cámaras de fusión de sal fundida y sus ventajas:

Algunos de los neutrones de fusión DD no se absorben en la pared gruesa que cae de la sal fundida cargada con carburo de boro en polvo (un absorbente de neutrones) y activan algunos de los materiales de una cámara de fusión de confinamiento inercial. Los materiales de la cámara de fusión se eligen como materiales de baja activación de neutrones que solo permanecen radiactivos a un nivel superior al fondo radioactivo natural durante aproximadamente 30 años (frente a aproximadamente 300 años para productos de fisión MSR de materiales estructurales de reactores de fisión y fisión). Después de una espera de 30 años, un Reactor de fusión de sal fundida es tan radiactivo como el fondo natural local.

Imagen / Diapositiva del Dr. Gerald Kulcinski que compara los ciclos de combustible de fusión para ser usados ​​en plantas de energía de fusión –

Answer 2

En lo que respecta a la fusión, se convirtió en una prioridad menor en las comunidades científica y energética, especialmente después de que terminó la Guerra Fría.

Durante la Guerra Fría, los países y los científicos invirtieron mucho en la fisión nuclear, la fuerza detrás de Hiroshima y una fuente de energía relativamente accesible. Debido a su doble propósito como arma y fuente de energía, recibió una gran cantidad de fondos de los gobiernos occidental y soviético, y durante este período se hicieron grandes avances en la tecnología de fisión.

Fusion también recibió una buena cantidad de atención en los años sesenta y finales de los setenta (especialmente después de la crisis del petróleo), alcanzando un pico en la financiación de la investigación en los años ochenta. Sin embargo, tras el colapso de la Unión Soviética, la mayoría de las investigaciones sobre fusión se retrasaron porque no era capaz de ofrecer fácilmente soluciones al poder u otros problemas sociales / marciales en ese momento, a pesar del progreso sustancial en el campo.

Desde entonces, se han comenzado algunas organizaciones y proyectos para estudiar los esfuerzos de fusión a gran escala (como el ITER), y la fusión amateur también se ha convertido en un método muy popular para probar ideas novedosas e introducir a posibles investigadores y estudiantes en el campo de la fusión. . La mayoría de los países aún investigan la fusión, aunque con menor prioridad.

Por lo tanto, desde el punto de vista financiero y político, la fusión no tiene tan buenas ofertas inmediatas como la fisión y otras fuentes de energía, y por lo tanto se ha quedado en el camino. También ofrece importantes desafíos de investigación, como con el NIF, que recientemente tuvo una importante refactorización en sus esfuerzos de investigación hace unos años porque no pudieron alcanzar sus objetivos de investigación designados.

A pesar de esta falta de popularidad entre los gobiernos, todavía hay muchos proyectos que buscan fuentes de fusión y relacionadas con la fusión, como:

• Laser Mégajoule (LMJ).
• ITER
• Planta de energía de demostración (DEMO).
• Centro de investigación de energía láser de alta potencia (HiPER).
• Centro Internacional de Irradiación de Materiales de Fusión (IFMIF).
• Joint European Torus (JET).
• Tore Supra
• Laboratorio de Energética Láser (LLE).
• Wendelstein 7-X
• Revestimiento magnetizado de fusión inercial (MagLIF).
• Shenguang-Laser Láser de alta potencia
• Polywell (de los cuales actualmente estoy construyendo una versión modificada)

Basado en las crecientes demandas de energía y las dificultades y riesgos del uso generalizado de la fisión nuclear (como el potencial de catástrofes catastróficas a la Chernobyl y la cantidad cada vez mayor de desechos nucleares casi no desechables), preveo que la fusión puede recuperarse nuevamente junto con otros iniciativas de energía verde ya que el mundo necesita aumentar su producción de energía. A partir de ahora, lo único que bloquea la fusión como alternativa a los reactores de fisión tradicionales es la falta de fondos y recursos que se le asignan.

Answer 3

La fusión nuclear todavía está en una etapa experimental.

Hasta ahora, la fusión no es un método de trabajo para las estaciones de energía. En un reactor, el proceso deseado es un proceso controlado y lento. Para esto, necesitamos contener el material de fusión y asegurarnos de que no todo esté fusionado a la vez. ¿Cómo contienen material que está a millones de grados de temperatura? ¿Cómo ralentizas el proceso de fusión? Nadie puede hacer esto aún a gran escala.

Por ahora, la fusión se produce solo en bombas de hidrógeno y estrellas interiores, así como, en muy pequeña escala, en laboratorios.

Answer 4

La ciencia está bien establecida, y lo ha estado durante muchas décadas (la elección del combustible, la temperatura del plasma, etc.)

El esfuerzo de investigación continúa en ingeniería … encontrar los compromisos de ingeniería que no solo permiten que ocurra la fusión, sino que lo hacen de una manera rentable.

Answer 5

Está llegando, y la innovación se ha acelerado en los últimos 5 años.

La fusión nuclear recibe impulso de las nuevas empresas del sector privado

Start-Ups aceptan el desafío de la fusión nuclear

Fusión general | Repensar Fusion

También Lockheed parece tener un reactor miniaturizado:

Compact Fusion

La verdadera pregunta es cómo manejaremos las consecuencias sociales y civilizacionales adversas de tener energía ilimitada.

Answer 6

El poder de fusión está a treinta años de distancia. Siempre lo ha sido, siempre lo será. La investigación continúa, costosamente. Pero nadie sabe cómo hacerlo ahora, y la investigación para hacerlo es muy costosa.

Answer 7

La gente ha estado tratando de desarrollarlo durante mucho tiempo. El problema es que la fusión nuclear necesita combinaciones extremas de presión y temperatura.

Ocurre en el corazón de las estrellas, porque la masa de la estrella produce naturalmente presiones extremas y comienza la fusión del hidrógeno. En la Tierra, eso no es factible. Se intentan procesos más fáciles que involucran otros átomos. Pero aún ha sido difícil ponerse en marcha.

En la década de 1950, se pensaba que el reactor de fusión ZETA había tenido éxito, pero se descubrió que no funcionaba. Muchos problemas desde entonces,

Answer 8

La fusión nuclear todavía está en los grandes esfuerzos de investigación financiados por el gobierno.

Al carecer de un proyecto de Manhattan como calamidad, simplemente no tienen un incentivo real para hacerlo en un año o dos. Siguen pidiendo miles de millones y miles de millones y más miles de millones para hacer las cosas de la manera lenta y locamente costosa. Seguridad laboral y grandes negocios gubernamentales como de costumbre.

La fisión es un proceso controlado. Sabemos cómo encenderlo, apagarlo y controlarlo. Una vez apagado, el problema es el calor de descomposición que mantiene la producción de energía y los reactores antiguos pueden sobrecalentarse si las bombas no funcionan durante al menos una semana.

Fusion es diferente. Sabemos cómo iniciarlo y mantenerlo en funcionamiento, pero utiliza muchísimo poder continuamente. Puede producir mucha energía, pero aún no hemos descubierto cómo romper incluso de manera sostenible. Es fácil parar.

Apostaría que si hubiera una recompensa de US $ 100 millones para el primer grupo que alcanza el equilibrio durante al menos una hora, tal vez algunos de los grupos de fusión bien financiados irían al proyecto Manhattan y lo lograrían en unos años . Los miles de millones no van a ninguno de los bolsillos de los investigadores, sino principalmente a la compra de piezas caras / exóticas, el pago de una factura eléctrica de GWh, pero los científicos no son millonarios.

Alguien dirá que si alguien se da cuenta, será millonario. Está bien ? Descubrir algo totalmente financiado por el gobierno no le da derecho a una parte del botín si funciona.

Answer 9

Las plantas de energía de fusión se han diseñado en un rango de alta potencia, pero hay muchos problemas prácticos que deben resolverse antes de que se vuelvan prácticos, el problema principal y la sostenibilidad de la reacción son el problema principal y pueden pasar algunos años antes de que se pueda producir electricidad.