Hoy en día existe una tecnología de fusión práctica y esa tecnología de fusión podría formar actualmente la base de plantas de energía de fusión reales que producen cantidades prácticas de electricidad comercial a partir de la energía de fusión.
Fusion no es “pastel en el cielo”, unicornios o BS
La humanidad tomó posesión de una forma práctica de generar energía a partir de la fusión hace más de 50 años con la prueba nuclear de fusión por fisión Ivy-Mike que produjo enormes cantidades de energía de fusión a partir de Deuterio puro a través de la fusión DD. La fusión práctica siempre será hace más de 50 años (no dentro de 50 años). Históricamente, este método inicial de producir más energía de la fusión nuclear de lo que se necesitó para llevar el dispositivo de fusión a las condiciones de fusión realmente funcionó la primera vez que se probó: la tecnología de fusión por fisión nunca dejó de funcionar. Hoy en día, la tecnología de dispositivos de fusión pura derivada de los primeros diseños exitosos de fusión por fisión que no requieren un primario de fisión es posible y es un mejor candidato para la producción pacífica, ultra limpia y comercial de energía eléctrica a partir de la fusión.
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Fusión de confinamiento inercial de dispositivos híbridos DT-DD Pure Fusion para producción de energía –
El deuterio es un combustible de fusión muy barato y abundante. El deuterio en el agua de mar es capaz de alimentar por completo el planeta tierra al nivel actual de 17 teravatios durante 29.400 millones de años. Sin embargo, el combustible de fusión de deuterio-tritio es mucho más fácil de encender y requiere un motor de fusión menos potente y costoso para iniciar. Tiene sentido minimizar el tamaño y el costo de un controlador de fusión ICF (láser o acelerador de partículas) mediante el uso de un poco de combustible DT como primario de fusión de primera etapa (la combinación) mientras se produce la mayor parte de la potencia de fusión de la fusión DD sostenible de ubicua de puro Deuterio.
La energía necesaria para encender una reacción de fusión termonuclear confinada inercialmente en deuterio-tritio (DT) líquido (o sólido) no es tan grande; es del orden de no más de 20 MJ o aproximadamente la misma cantidad de energía química almacenada en aproximadamente 2.5 tazas de gasolina para automóviles.
El problema es que esta energía debe comprimirse en el espacio (enfocada a un área inferior a 2 mm) y en el tiempo (a menos de 3 nanosegundos).
Dibujo conceptual de un dispositivo de fusión pura optimizado de energía limpia DT-DD de 2 etapas.
¿Qué tan eficiente sería una planta de energía mini-PACER?
Los experimentos de fusión de confinamiento inercial producen su energía es una sucesión repetida de explosiones de fusión energética cortas. Un dispositivo DT-DD de dos etapas tiene una ventaja significativa sobre un objetivo de fusión ICF de una sola etapa en ganancia de energía.
A nivel de planta de energía, la mejor y más justa manera de expresar la eficiencia de una planta de energía de fusión es en términos de “eficiencia de enchufe de pared”. ¿Cuánta energía (eléctrica) tiene que extraer de la red eléctrica local para producir una cantidad determinada de electricidad generada por fusión?
Los modernos láseres de semiconductores son entre un 10% y un 30% eficientes para convertir la energía eléctrica local en luz láser ultravioleta o de rayos X (digamos un 10% de eficiencia para el propósito de este cálculo). Para entregar 20 MJ de energía luminosa a la cápsula de fusión primaria DT requeriría extraer aproximadamente 200 MJ de energía eléctrica de la red eléctrica local. Siendo realistas, hay algunas ineficiencias adicionales en la entrega de luz láser ultravioleta o de rayos X a la cápsula de fusión:
Entonces, la mejor estimación de la cantidad de energía eléctrica que debe extraerse de la red eléctrica local para suministrar 20 MJ de energía ultravioleta o de rayos X a la cápsula de fusión es de 1000 MJ por disparo.
Un rendimiento energético de 250 GJ es equivalente a un rendimiento energético de 250 x 10 ^ 3 MJ
Se espera que la salida del secundario del secundario de fusión del PPFD (dispositivo de fusión pura pacífica) produzca 250 Gigajulios de energía por disparo después de fusionar aproximadamente 0,8 gramos de deuterio puro. Entonces, la ganancia de energía eléctrica a fusión del dispositivo PPFD es
(250 x 10 ^ 3 MJ / 1000 MJ) x 100% = 25000%
(obtenemos 250 veces más energía de la segunda etapa del dispositivo PPFD que la que se requiere para extraer electricidad de la red eléctrica local para alimentar el controlador de láser de pulso rápido y encender la primera etapa primaria DT del dispositivo PPFD).
Los buenos generadores de turbina que pueden operar a temperaturas que las plantas de energía mini-PACER pueden operar son solo un 44% eficientes. La ganancia de energía de extremo a extremo medida como la eficiencia del enchufe de pared
(electricidad de entrada extraída de la línea eléctrica local para alimentar el controlador láser -> electricidad de salida producida por la planta de energía)
de una práctica planta de energía mini-PACER sería sobre
250 x 0,44 x 100% = 11000%
¿Cómo funcionaría una central eléctrica híbrida DT-DD Pure Fusion mini-PACER?
Aquí hay una sinopsis rápida de cómo funcionaría una planta de fusión pura DT-DD mini-PACER de 2 etapas.
La cavidad mini-PACER, que tiene 11 metros de diámetro y 51 metros de longitud y forma cilíndrica orientada verticalmente, está enterrada a 100 metros de profundidad en el suelo. La cavidad mini-PACER se bombea primero a un vacío suave; esto reduce el pico de presión experimentado dentro de la cavidad mientras se dispara el PPFD de fusión pura (dispositivo de fusión pura y pacífica).
El PPFD se baja sobre una fibra óptica con revestimiento de cable / acero hasta que el dispositivo esté en una posición a unos 60 metros por debajo de la parte superior de la cavidad.
Las bombas de alta velocidad inundan un chorro de sal fundida caliente de las boquillas en el techo de la cavidad mini-PACER. Esta sal caliente cae del techo de la cavidad y luego se acumula en una piscina en el fondo de la cavidad.
Mientras la sal fundida está cayendo a través de la cavidad PACER desde el techo, un láser de pulso rápido grande pero aún comercial alojado en la superficie sobre la cavidad PACER dispara una energía intensa de 20 MJ, corta, potencia de Petawatt, femtosegundo de largo, pulso de luz láser . Esta intensa explosión de luz láser comprime y enciende un microgránulo de fusión de deuterio-tritio que forma la primera etapa del dispositivo primario. La compresión por láser y la iniciación de la pequeña fusión pura DT primaria causa que aproximadamente el 10% de los átomos en la primaria se fusionen. Este estallido de energía de fusión en el dispositivo primario produce una onda de detonación de choque en el secundario de fusión de deuterio-deuterio (DD) más grande, creando así de manera confiable las condiciones para la ignición por plasma de fusión DD. Más del 97% de la energía de fusión pura liberada por el PPFD proviene de una fusión DD barata (se cree que el 99% o más es posible para un dispositivo optimizado de planta de energía PACER). La pequeña explosión controlada de fusión PPFD de energía de 250 GJ produce calor intenso que se transfiere a la sal fundida que fluye y cae a través de la cavidad mini-PACER parcialmente evacuada. Este calor se acumula en una piscina de sal fundida en el fondo de la cavidad después de cada disparo. La sal caliente almacena el calor que se transfiere a través de un intercambiador de calor y un aparato de reducción de calor de ingeniería de calor adicional que finalmente se transfiere a un generador de turbina de vapor convencional que produce electricidad. El calor almacenado en la piscina de sal fundida permite que la planta de energía mini-PACER produzca energía continuamente hasta que ocurra la siguiente toma mini-PACER (el ritmo de las tomas mini-PACER es una función del tamaño del dispositivo y el nivel de generación de energía deseado – un pequeño El dispositivo PPFD de 250 Gigajulios debe encenderse cada minuto para producir un nivel de potencia continuo de 1GWe de la central eléctrica mini-PACER.
Imagen conceptual de una planta de energía mini-PACER –
Se percibe ampliamente que las formas comerciales de fusión nuclear están a ~ 30 años de distancia (y siempre lo estarán), pero la realidad es que un pesimismo tan extendido y excesivo sobre la fusión no está justificado.
La fusión práctica siempre será hace más de 50 años (no dentro de 50 años)