Toda la fusión se realiza calentando el combustible lo suficiente como para que se fusione. Esto implica dos cosas: el método de calentar el combustible (llamado “confinamiento”) y el tipo de combustible utilizado.
A pesar de los defensores de las afirmaciones de varias técnicas de confinamiento en sentido contrario, al combustible no le importa qué técnica se usó para calentarlo cuando decide fusionar, decide exclusivamente según la temperatura. Si alguien afirma que una técnica de confinamiento es ‘aneutrónica’, es una gran señal de advertencia que no sabe de qué está hablando. Cualquier técnica de confinamiento alcanzará temperaturas más altas a medida que mejore, y alcanzará una serie predecible de hitos de qué combustibles se pueden fusionar cuando eso suceda. La reacción más fácil con diferencia es el Deuterio-Tritio, seguido del Deuterio-Deuterio, y el camino es Protón-Boro. Hay otras reacciones de fusión, pero todas son estrictamente inferiores a una de esas tres.
La ventaja de Deuterium-Tritium es que es, con mucho, el más fácil de hacer. De hecho, es el único que se ha demostrado hasta ahora fuera de los aceleradores de partículas. El problema es que el tritio no es algo que se pueda desenterrar del suelo, sino que debe fabricarse de alguna manera. Por lo general, en la investigación se toma de reactores de fisión, pero si desea una planta de fusión autónoma que viole las reglas, entonces, a escala, la planta tiene que fabricar el propio tritio. Eso se puede hacer mediante fisión de litio: cada fusión DT produce un neutrón rápido, que luego golpeará un litio-7 produciendo un tritio y un neutrón térmico (lento), que luego golpeará un litio-6 y producirá otro tritio. Algunos neutrones escaparán sin golpear ningún litio, pero dado que la reacción produce dos tritios por cada uno, comenzó con la cantidad de tritio que, en principio, puede permanecer estable o incluso crecer con el tiempo a pesar de la pérdida. (La neutrónica de esto es fascinante: el litio-7 tiene una sección transversal de neutrones muy baja a los neutrones térmicos, pero muy alta a los neutrones rápidos. El litio-6 es lo opuesto).
Aunque la cría de Tritium en principio funciona, es un gran desastre: debes hacer una manta de litio y reprocesarlo constantemente, y específicamente no puedes bloquear los neutrones antes de que golpeen la manta, por lo que tienden a meterse en todo y hacer un gran lío. También debe despejar el camino para que puedan atravesar cualquier mecanismo que esté allí para hacer que la alta temperatura, en primer lugar, que tienden a destruir. Además, el litio es bastante raro y costoso, y podría tener que enriquecerse para obtener una concentración lo suficientemente alta de litio 7, lo que lo hace mucho más caro. La seguridad también es un gran problema: si un poco de la manta se metiera de alguna manera en el núcleo, se formaría exactamente lo que se hace para hacer una bomba H, lo que posiblemente provocaría que toda la instalación y gran parte del área circundante se vaporizaran instantáneamente.
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Hay una manera confiable de hacer que la reproducción de litio funcione: en lugar de tratar de limitar todo, use el calor antes de que se disipe para causar más fusiones. Este enfoque puede tener un rendimiento muy alto, pero funciona demasiado rápido, y se conoce comúnmente como una bomba H. En principio, si hiciera una bomba H lo suficientemente grande y la explotara bajo tierra, la relación superficie / volumen de su área de explosión mantendría el calor contenido y podría usar el área circundante como fuente de calor geotérmica durante las próximas décadas. La gente me dice que esta es una de esas cosas que no sucederá.
A pesar de todos esos problemas, el deuterio-tritio ha sido el principal foco de investigación hasta el momento. Es, con mucho, el más fácil de lograr y produce, con mucho, la mayor potencia, por lo que desde el punto de vista de la investigación, es mejor comenzar allí solo para demostrar que puede hacer que algo funcione. Hasta ahora, todo el mundo ha empezado a hacer mantas de litio, lo que significa que ni siquiera lo han intentado.
Deuterio-Deuterio es mucho más difícil de hacer que Deuterio-Tritio, hasta el punto de que aún no se ha demostrado en un sistema de confinamiento. Confinar altas temperaturas es extremadamente difícil: cuanto mayor es la temperatura, mayor es la presión y más quiere salir. A esa escala, elevar la temperatura incluso un poquito puede forzar que se desarrollen soluciones de ingeniería fundamentalmente nuevas para mantenerse al día. Aún no tenemos un buen reactor DT, y esa es una condición previa estricta para tener un buen reactor DD.
Dicho esto, casi todo lo demás sobre DD es maravilloso. Produce menos energía que el DT, pero sigue siendo suficiente para ser fácilmente positivo neto. No tiene que hacer nada de ese desastre de cría de Tritium. El combustible casi gratis e ilimitado. Supongo que si alguna vez vemos un reactor de fusión comercial, será un reactor DD.
La fusión protón-boro es la favorita de las bielas en todas partes. Para los no expertos, tiene grandes ventajas: no produce neutrones y los iones producidos por la fusión pueden convertir su energía directamente en electricidad mediante trucos magnéticos.
El problema de ser aneutrónico es que los neutrones no eran un gran problema en primer lugar. Se necesita quemar tan poco combustible en la energía nuclear que la cantidad de desechos radiactivos producidos es extremadamente pequeña, y la mayor parte de su radioactividad se ha ido después de estar sentado durante algunas décadas. Lo que queda generalmente vale la pena extraerlo y usarlo comercialmente en aplicaciones médicas e industriales que necesitan radioisótopos. El miedo a los neutrones es tan exagerado que parece una excusa para excluir sistemas completamente prácticos en lugar de una verdadera preocupación. Es posible hacer ‘fusión en frío’ fusionando ‘neutronio’, un proceso comúnmente conocido como fisión. La fisión es mucho más práctica que la fusión.
Si bien la conversión de energías iónicas directamente en electricidad suena atractiva, en la práctica no va a suceder. Cualquier sistema de confinamiento necesario para producir las altas temperaturas necesarias para la fusión en primer lugar impedirá que los iones escapen. Si se hiciera un respiradero para ellos, saldría y la reacción se apagaría. Además, la conversión de calor a electricidad se puede hacer de manera bastante eficiente con motores de calor regulares, especialmente a las temperaturas extremadamente altas que tendrían que funcionar los reactores de fusión, por lo que está resolviendo un problema.
PB también tiene problemas graves además de sus ventajas, ya que se encuentra entre exagerado y falaz. Las temperaturas que requiere no son simplemente extremadamente difíciles, sino realmente locas, y pierde tanta energía por la radiación gamma que no se puede hacer que produzca energía neta positiva a menos que los rayos gamma se detengan y se usen como energía, e incluso entonces El proceso está enfriando tanto el núcleo que constantemente está apagando la reacción. Puede ser divertido pensar en PB cuando se ejecutan números, y parece una reacción elegante en abstracto, pero en la práctica simplemente no va a suceder.
En cuanto a qué sistema de confinamiento es el mejor: ¡No lo sé! Pero el comentario anterior sobre los combustibles se aplica a todos ellos en general, y cualquiera que afirme que su enfoque de confinamiento preferido hace que los combustibles se comporten de alguna manera especial debe suponerse que es una manía.