¿Por qué no podemos hacer una fusión nuclear de átomos de hidrógeno en la Tierra como sucede en el Sol?

Aquí hay una línea de tiempo rápida sobre fusión:

  • Fusion fue descubierta por primera vez por el Dr. Mark Oliphant en 1933.
  • La primera gran reacción de fusión artificial creada fue el experimento de la bomba atómica IVY MIKE el 1 de noviembre de 1952.
  • La primera reacción de fusión termonuclear controlada exitosa fue en 1958. Se llevó a cabo en Los Alamos National Labs usando Scyalla I, una máquina rápida Z Pinch (imagen a continuación).

Esta máquina era un tubo de metal, lleno de gas deuterio. El mecanismo de un Z-Pinch estándar se muestra a continuación.

Se vertió corriente por los lados del tubo, formando un campo magnético interno agudo que aplastó y calentó el plasma a 15 millones de grados C. Desde 1958, se han sugerido muchos enfoques de fusión diferentes; A continuación se muestra un diagrama de flujo de estos enfoques, agrupados por familia y tipo.

Hasta donde yo sé, el récord de la reacción de fusión más larga sostenida por cualquier dispositivo hecho por el hombre es de 132 horas de fusión continua . Esto fue establecido por la startup Phoenix Nuclear Labs en marzo de 2016. Están utilizando fusión para hacer neutrones para la producción de isótopos médicos. Su máquina ya está en el mercado por ~ 1 millón de dólares. Su compañía hermana, Shine Medical, firmó un acuerdo de 100 millones de dólares con GE Healthcare para vender isótopos médicos, están planeando dos fábricas que usan fusión para fabricar Moly-99, una en Janesville Wisconsin y otra en Indonesia. Abajo están mostrando su máquina al senador Tammy Baldwin.

Ahora, puede haber fusores y / o fuentes de neutrones que han funcionado durante más de 132 horas: IDK. Finalmente, un nuevo documental de fusión salió la semana pasada.

Podemos, pero solo por períodos muy muy cortos (creo que el récord actual es de milisegundos)

Existen varios problemas para mantener las reacciones de fusión:

  • Mantenimiento de la temperatura: la temperatura dentro del núcleo del sol es de millones de grados Kelvin, para mantener eso en la Tierra sin la ayuda de la inmensa gravedad del Sol es una tarea difícil.
  • Entrada principal: el Sol tiene miles de millones de toneladas de toneladas de agentes reactores a su disposición en el núcleo, en la tierra solo podemos obtener unos pocos miligramos en el mismo lugar a la temperatura adecuada para que ocurra la fusión. Para mantener la reacción en marcha, tenemos que seguir alimentando el agente del reactor en el punto correcto todo el tiempo; ese es un problema que aún no se ha resuelto.
  • Contención: para los intentos de fusión al estilo Torus (donde los agentes del reactor fluyen como plasma alrededor de una cámara de reacción toroidal), es fundamental evitar que el plasma intensamente caliente toque los lados de la cámara, pero también mantener los dos flujos alejados de cada uno. otro excepto en la cámara de reacción (donde eventualmente se pretende que el equipo de intercambio de calor se asiente). Esta contención es ciertamente una tarea compleja.

A pesar de todo el pesimismo anterior, entiendo que las reacciones de Torus Style Fusion han tenido cierto éxito y, tan recientemente como 2016, creo que lograron mantener una reacción el tiempo suficiente como para que obtuvieran más energía que dentro, por lo que los experimentos van por el camino correcto .

La extrema presión y temperatura requeridas para comprimir el hidrógeno tanto que los núcleos están lo suficientemente cerca como para fusionarse es posible en el centro del Sol debido a la enorme gravedad allí. La gravedad funciona mejor que el confinamiento magnético o inercial porque es esféricamente simétrica sobre el centro. La gravedad no tiene agujeros ni rutas de escape para que el material salga a chorros. Pero se requiere mucha masa para tener tanta gravedad, incluso más que Júpiter.

Los métodos que tenemos en la Tierra que pueden alcanzar la temperatura y presión necesarias solo pueden mantener esas condiciones durante un tiempo muy corto, a pesar de que requieren una gran cantidad de energía.

La fusión de los átomos de hidrógeno aún no es posible en la Tierra porque no podemos regular la fusión. También la fusión requiere condiciones extremas difíciles de lograr en la tierra. Entonces experimentar es arriesgado en un sentido. Puede obtener conocimiento sobre la fusión en frío para que sea más claro porque solo es lo que los científicos creen que se puede lograr en condiciones controladas.

La fusión nuclear es el proceso en el que dos o más núcleos se unen, por lo que requiere una temperatura extremadamente alta (energía). Entonces sucede en el sol.

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