¿Sería posible construir un reactor de fisión refrigerado por plasma?

Answer 1

Para citar una línea de una película famosa: “Sigues diciendo esa palabra. No creo que signifique lo que tú piensas que significa.

En primer lugar, un reactor de fisión implica dividir elementos pesados ​​en otros más ligeros, utilizando combustible como el plutonio, el uranio o incluso el torio. Como tal, tiene una sustancia sólida (el combustible) que se somete a fisión y un “refrigerante” que en realidad es un medio de transferencia de calor. Este refrigerante es típicamente líquido (agua o sodio líquido), pero en el pasado ha sido un gas como el dióxido de carbono. La clave aquí es que el trabajo del refrigerante es transferir el calor producido por la reacción de fisión a algún tipo de sistema de intercambio de calor lejos del reactor.

El plasma, por definición, es un estado de materia de temperatura extremadamente alta. No es una cosa única específica. El plasma es mínimamente varios miles (>> 2000) grados centígrados. El nivel más alto de temperatura de funcionamiento de un reactor de fisión (más allá del cual la fusión de los componentes sólidos que contienen el combustible) es un poco más de 1,000 C. No hay forma de que un plasma “enfríe” una reacción de fisión.

Peor aún, el plasma es un conductor de calor ridículamente pobre, principalmente debido a la muy baja densidad de átomos en un plasma, en comparación con incluso un gas, y mucho menos un líquido.

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Incluso teniendo en cuenta que la pregunta podría significar fusión (es decir, combinar elementos ligeros en otros más pesados), el plasma nunca se usa como refrigerante. En los diversos diseños de reactores de fusión por plasma, el plasma es el combustible de fusión real (es decir, plasma de hidrógeno) y es el medio donde tiene lugar la fusión. No es un refrigerante en ningún sentido de la palabra.

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Entonces, no, no existe tal cosa, ni habrá tal cosa, como un reactor de fisión (o fusión) refrigerado por plasma.

Answer 2

Por definición, un plasma es un gas donde todos los átomos en el gas están ionizados (y es neutral en carga, los electrones que perdieron los átomos todavía están alrededor). Esto pone un límite inferior a su temperatura. Creo que, en términos generales, la energía cinética promedio de los átomos de gas tiene que ser mayor que la energía de enlace de los electrones de la capa externa. La idea es que si un átomo capta una carga completa de electrones, un electrón es rápidamente golpeado por una colisión.

El electrón del hidrógeno está unido a 13,6 eV H a las energías de unión de electrones Fr

Un eV es 11605 grados Kelvin. Esto dice que un plasma de hidrógeno tendría que estar demasiado caliente para enfriar algo.

Esto explica por qué los reactores de fusión usan confinamiento magnético. Cualquier plasma que golpee las paredes de un dispositivo se enfriaría inmediatamente o, si choca lo suficiente con la pared, la pared se vaporizaría.

Answer 3

No es probable. Ya hay demasiadas restricciones en un reactor de fisión, realmente no ganas agregando más restricciones, especialmente las difíciles como esa.

Para usar plasma para enfriar, el reactor en sí tendría que estar a una temperatura aún más alta, lo cual es bastante improbable, todos los materiales fisionables se vaporizan por debajo de las temperaturas del plasma y luego son demasiado difusos para reaccionar en cadena. Lo mismo con los moderadores como grafito y agua pesada.

Answer 4

Tal vez sea poco probable que se enfríe por plasma, pero es posible suspender el combustible en un plasma y fisionarlo en ese estado. El combustible gaseoso y los reactores de tipo “bombilla nuclear” lo orientarán en la dirección correcta para ver lo que se ha propuesto.

En el sentido de estos reactores, el enfriamiento no es realmente “del” plasma, pero ciertamente la transferencia de calor del combustible al plasma es parte de la vía por la cual el calor es finalmente rechazado.