Existen dos enfoques generales para la tecnología de fusión nuclear. La pregunta probablemente sea sobre la primera, pero responderé sobre ambas.
“Fusión termonuclear”.
La fusión termonuclear, o “fusión en caliente”, utiliza las reacciones de fusión clásicas y conocidas, similares a las reacciones nucleares utilizadas en las armas termonucleares y que tienen lugar en el Sol. La combinación de elementos relativamente ligeros para formar elementos más pesados generalmente libera calor y radiación, la mayoría de los cuales eventualmente se convierte en calor, y esto se llama “fusión”.
Existe una barrera natural para la fusión, la “barrera de Coulomb”. Los núcleos atómicos están cargados positivamente, y al igual que las cargas se repelen, y este es un efecto que obedece a una ley del cuadrado inverso, la fuerza disminuye con el cuadrado de la distancia. Entonces, cuando los núcleos están cerca, la fuerza repulsiva es muy alta. Para superar esto se requiere que los núcleos choquen a una velocidad muy alta. Eso es equivalente a una temperatura muy alta, del orden de mil millones de grados C.
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La energía de partícula individual es de aproximadamente 0.1 MeV, aproximadamente 100,000 voltios de electrones. Esta energía, para partículas individuales, se puede alcanzar en un Fusor, y hay estudiantes de secundaria que lo han hecho en casa. Sin embargo, el problema es que para la generación de energía, uno necesita crear mucha fusión, no solo un poco. Mantener el material unido, y tan caliente como sea necesario, requiere confinamiento de algún tipo. Todos los materiales a las temperaturas involucradas están en un estado de plasma, que está más allá de un gas. En un plasma, los electrones se eliminan de los átomos.
Los plasmas pueden estar confinados por campos magnéticos, como un enfoque. Sin embargo, la creación de confinamiento estable ha resultado difícil de alcanzar. Fusión de confinamiento magnético
También hay fusión por confinamiento inercial. En general, esto implica arrojar energía a un objetivo tan rápido que, antes de que explote, parte se fusiona. Es decir, el “confinamiento” proviene de la inercia del material. Hasta ahora, casi todos los dispositivos de confinamiento inercial han utilizado láseres. En cierto modo, los gránulos que se calientan son como el núcleo de fusión de un arma termonuclear, son simplemente mucho más pequeños. Un arma termonuclear usa una compresión y calentamiento muy rápidos, típicamente de una bomba de fusión que lo rodea.
¿Cuáles son los principales obstáculos? Esta tecnología, hasta ahora, es Big Science. Requiere enormes aportes de energía. Hay posibles enfoques en marcha que pueden no ser tan grandes, pero en el mejor de los casos la fusión termonuclear todavía produce radiación de neutrones y creará desechos radiactivos, a partir de la activación de neutrones de los materiales utilizados. Estos materiales radiactivos son generalmente menos peligrosos que los de los reactores de fisión. A menos que algunos de los esfuerzos comerciales logren producir pequeños reactores, la fusión termonuclear requeriría grandes centrales eléctricas centralizadas.
El estado del campo, de Wikipedia:
El poder de la fusion
Se perdió una meta de tres años anunciada en 2009 para producir energía neta de fusión para 2012; en septiembre de 2013, sin embargo, la instalación anunció un hito significativo en una prueba de agosto de 2013 que produjo más energía de la reacción de fusión que la que se había proporcionado al combustible. Esto se informó como la primera vez que esto se logró en la investigación de la energía de fusión. La instalación informó que su próximo paso consistió en mejorar el sistema para evitar que el hohlraum se rompa asimétricamente o demasiado pronto.
“Más energía de la reacción de fusión que la que se le había proporcionado al combustible”. Esto descuida completamente la enorme energía gastada en el dispositivo que no entrega energía al gránulo. El objetivo es alcanzar el “punto de equilibrio” algo mal llamado, donde la energía generada es igual a la energía suministrada, toda la energía, no solo la que realmente se entrega al combustible. (Entonces, si se ingresa un teravatio-hora de energía, se generarían dos teravatios-hora de energía. ¡Obviamente, esto será por un tiempo muy corto!)
Los desafíos de ingeniería para la fusión termonuclear son enormes. El truco estándar es que el poder de fusión estaba, hace treinta años, a treinta años de distancia, y todavía está a treinta años de distancia. La financiación ha sido algo así como mil millones de dólares al año.
Finalmente, Fusion da pequeños pasos hacia la realidad
“Fusión fría”
La fusión termonuclear tiene una hermanita prematura, conocida popularmente como “fusión en frío”. La fusión en frío se considera comúnmente un error, mala ciencia e imposible. Sin embargo, esa opinión común es el resultado de una “cascada de información”. Es una historia larga y compleja en sí misma, pero mira
Estado de la fusión en frío (2010)
Resumen
El fenómeno llamado fusión fría ha sido estudiado durante los últimos 21 años desde su descubrimiento por los profesores. Fleischmann y Pons en 1989. El descubrimiento se encontró con considerable escepticismo, pero se ha acumulado evidencia de apoyo, se han sugerido teorías plausibles, y la investigación continúa en al menos ocho países. Este documento proporciona una breve descripción de los principales descubrimientos y algunos de los intentos de explicación. La evidencia respalda la afirmación de que una reacción nuclear entre los deuterones para producir helio puede ocurrir en materiales especiales sin la aplicación de alta energía. Se encuentra que esta reacción produce energía limpia a niveles potencialmente útiles sin los subproductos dañinos normalmente asociados con un proceso nuclear. Se examinan varios requisitos de un modelo.
Estoy familiarizado con la evidencia. La “fusión fría” es real, y es una reacción nuclear, la preponderancia de la evidencia es clara. “Fusión” es un nombre popular, y el mecanismo sigue siendo desconocido, pero las condiciones de la reacción son relativamente conocidas.
¿Cuáles son los principales obstáculos?
- La reacción se ha considerado difícil de configurar. Parece depender de condiciones mal entendidas en el material, y mucha investigación durante muchos años se basó en suposiciones incorrectas al respecto, lo que condujo a callejones sin salida.
- Mantener el control de la reacción ha sido difícil de alcanzar. La misma muestra puede estar inactiva, luego activa, luego inactiva. Con un control deficiente y para evitar colapsos, que han ocurrido, los experimentos han sido principalmente a pequeña escala, deliberadamente. Los experimentos a gran escala, si la reacción “decide” aumentar, podrían explotar.
- Dentro de un año o dos después del anuncio del hallazgo original de calor anómalo por parte de Pons y Fleischmann en 1989, las principales revistas anunciaron que ya no publicarían artículos relacionados con la fusión en frío. Un estudiante graduado cuya tesis de doctorado estaba en el trabajo de fusión en frío encontró que su tesis rechazó ipso facto, que fue, cuando llegaron las noticias, devastador para el suministro de estudiantes graduados para el trabajo de confirmación. Si bien muchas revistas ahora publican artículos, ciertas revistas críticas y altamente influyentes aparentemente todavía tienen esa política en su lugar, y esto respalda la continuación de la cascada de rechazo.
- Durante unos meses en 1989, se dice que más de la mitad del presupuesto de investigación discrecional de los Estados Unidos se gastó en un intento de confirmar la fusión en frío. Esto fue, sin embargo, dos años antes de que se identificara la ceniza, el producto de reacción, y antes de que las condiciones necesarias para establecer la reacción fueran ampliamente conocidas. La mayoría de esos intentos no encontraron nada, lo que, con lo que ahora se sabe, no es sorprendente.
- Por lo tanto, la financiación para la investigación de fusión en frío se hizo muy difícil de obtener.
Recientemente ha habido reclamos de generación de energía a nivel comercial por un reactor que crea reacciones nucleares de baja energía, que involucran níquel e hidrógeno. No hay una confirmación verdaderamente independiente de esto, y hay muchas razones para pensar que puede ser fraude o algún tipo de locura. Hay una demanda actual basada en un contrato para proporcionar un reactor y propiedad intelectual relacionada con ese reactor, donde el pago prometido fue de $ 100 millones. Eso es enorme, en comparación con la financiación que ha estado disponible para la fusión en frío durante décadas. Si el dispositivo provisto realmente funcionó, esto podría ser pequeño, una ganga a diez veces el precio.
No estoy conteniendo la respiración para que se pruebe que ese reactor funciona. El problema con la fusión en frío desde la década de 1990 siempre ha sido la fiabilidad, no la realidad. Una de las posibles explicaciones de las dificultades que condujeron a la demanda es que el reactor funcionó, pero no de manera confiable, y por lo tanto el problema fundamental no se había resuelto. No podemos saber por ahora, porque la mayor parte de esto está oculto bajo secretos comerciales y acuerdos de confidencialidad.
Entonces, mientras tanto, hay un misterio científico . En este punto, todavía se necesita investigación básica. $ 100 millones pueden ser más de lo que la ciencia podría absorber eficientemente en este momento. Ambas revisiones del Departamento de Energía de los Estados Unidos sobre “fusión en frío” o “LENR” recomendaron investigaciones básicas para resolver preguntas abiertas. Si eso es compatible, es posible que dentro de unos años se sepa lo suficiente como para predecir la practicidad.
Por lo tanto, el obstáculo principal para la fusión fría de la mitad de esta pregunta es la falta de apoyo para la ciencia básica, la falta de apoyo para seguir las recomendaciones de ambos paneles de DoE y la persistencia de algunas ideas que se extendieron ampliamente pero que no se basaron en la ciencia, sino en conjeturas y creencias.
Además, existe cierta sospecha y cierta evidencia de que la oposición dedicada a la fusión en frío, con cabildeo en Washington contra la financiación de cualquier investigación de fusión en frío, se basó en una amenaza percibida para una investigación de fusión en caliente de mil millones de dólares por año. establecimiento. La historia es conocida, y la primera revisión del Departamento de Energía de EE. UU. Aparentemente fue diseñada, políticamente, para matar rápidamente a este monstruo.