Al tratar de producir reactores nucleares altamente eficientes, puede valer la pena considerar la producción de energía nuclear a partir de la fusión por confinamiento inercial, que se presta a la conversión eficiente de la energía nuclear de fusión en electricidad.
La conversión de energía térmica directamente en energía eléctrica tiende a ser algo ineficiente y típicamente varía entre 25% y 35% de eficiencia; por ejemplo, un generador de gasolina típico opera con alrededor del 25% de eficiencia; En casos especiales, por ejemplo, turbinas de gas de ciclo combinado, las centrales eléctricas prácticas pueden alcanzar eficiencias superiores al 50%. Por otro lado, la conversión de energía mecánica en energía eléctrica puede ser tan alta como 95% para grandes generadores hidroeléctricos (represas)
De acuerdo con las leyes de la termodinámica, la eficiencia de conversión de energía no puede exceder, ni siquiera alcanzar, el 100% (el trabajo puede convertirse totalmente en energía térmica, pero la energía térmica no puede convertirse completamente en trabajo). Sin embargo, las leyes termodinámicas no impiden que la eficiencia de conversión de energía alcance valores bastante altos superiores al 90%.
Las presiones y temperaturas más altas pueden permitir mayores eficiencias de conversión de energía. Las temperaturas que se pueden alcanzar en las centrales eléctricas prácticas están limitadas por la capacidad de los materiales estructurales para soportar altas temperaturas, pero este no es el caso de los campos magnéticos que pueden soportar iones de plasma de alta temperatura arbitrariamente. .
El concepto fundamental detrás de la Magnetohidrodinámica es que los campos magnéticos pueden inducir corrientes en un fluido conductor en movimiento (plasmas, metales líquidos y agua salada o electrolitos), lo que a su vez crea fuerzas en el fluido y también cambia el campo magnético mismo.
Velocidad creciente de los campos en movimiento o su flujo magnético,
aumenta la fuerza: aumenta la presión y la temperatura y mejora la eficiencia térmica.
F = q (v × B)
La relación de TC (baja temperatura) y TH (alta temperatura) en la eficiencia del ciclo η
η = 1- (TC / TH)
Aumentar la diferencia entre TH (alta temperatura) y TC (baja temperatura) permite la posibilidad de lograr una eficiencia de conversión cada vez mayor.
Por ejemplo –
Suponiendo TC = 300 Kelvin (alrededor de la temperatura ambiente)
Aumentar el valor de TH dará como resultado valores cada vez más altos de eficiencia de Carnot
(TH ≈> η%)
(600K ≈> 50%)
(3000K ≈> 90%)
(30000K ≈> 99%)
En el plasma de fusión ICF en condiciones de fusión, es habitual producir una temperatura del plasma de 200 millones de K.
En un convertidor magnetohidrodinámico correctamente diseñado, debería ser posible producir energía de fusión a conversión de energía eléctrica con eficiencias superiores al 99%.
El visionario de Fusion, Dr. Friedwardt Winterberg, compartió un enfoque altamente eficiente para la conversión de energía de fusión a energía eléctrica en el siguiente artículo:
“Conversión de energía eficiente de los neutrones 14MeV en la fusión por confinamiento inercial DT”
Como señala el Dr. Winterberg, con los conceptos de fusión de deuterio-tritio de confinamiento inercial, se puede emplear el objetivo de fusión de confinamiento inercial con una capa suficientemente gruesa de hidrógeno líquido y una capa externa delgada de boro para crear una bola de fuego de plasma caliente. La capa de hidrógeno debe elegirse lo suficientemente gruesa y lo suficientemente densa como para que los neutrones la calienten a 100,000K. Dicha bola de fuego totalmente ionizada y en rápida expansión puede accionar un generador magnetohidrodinámico pulsado con una eficiencia de Carnot de casi el 100%.
También es posible utilizar reacciones de fusión ligeramente más avanzadas como p-B11 y He3-He3 que liberan la mayoría de su energía como partículas cargadas (partículas alfa cargadas o protones cargados alternativamente) para producir electricidad directamente.
El Dr. Ralph Moir fue pionero en la fusión directa a la conversión de energía eléctrica en LLL a mediados de la década de 1970. Los experimentos iniciales del Dr. Moir produjeron una eficiencia de conversión (fusión a eléctrica) en el laboratorio del 60%.
Aquí hay una colección de documentos sobre la fusión directa a la conversión de energía eléctrica por el Dr. Ralph Moir que señalan formas de convertir la energía de fusión en electricidad con alta eficiencia, sin desgaste significativo y sin el uso de costosos componentes rotativos de precisión como turbinas.