¿Qué materiales se pueden usar para revestir un reactor de fusión?

Estás hablando del problema de The First Wall . Este es un gran problema. Pero, es difícil decir qué material usaremos en última instancia para revestir un reactor de fusión, ya que aún no sabemos cómo es un reactor de fusión. Algunas consideraciones son:

  1. Carga de calor: ¿Cuál es la tasa de energía que sale del plasma? ¡Los Tokamaks funcionan a 100 millones de grados, mientras que los fusores funcionan a temperatura ambiente!
  2. Tasas de neutrones: cuando fusionas la mayoría de los combustibles, estás produciendo neutrones. Cuando escuches neutrones, piensa: arruinando las cosas. Neutrones “golpeados” materiales. Conducen a grietas, hinchazón y materiales radiactivos. El boro-11 dará la tasa de neutrones más baja. Pero, en última instancia, la velocidad de neutrones es impulsada por la velocidad de fusión requerida, por lo que si puede obtener potencia neta a una velocidad de fusión, minimizaría este problema. Doug Coulter ha reclamado un fusor que produce 1E11 n / s con 100 vatios de potencia de entrada, la relación más baja que he visto.
  3. Helio caliente Cuando fusionas hidrógeno, haces helio realmente caliente. Probablemente quieras capturar este helio para generar tu poder de fusión. Así que estás hablando de agregar convertidores directos en las paredes de tu reactor de fusión.
  4. Conductividad magnética: los campos magnéticos externos son comunes en algunos (no todos) los esquemas de fusión. Muy a menudo necesitas materiales que formen campos magnéticos. El nuevo concepto genial en este campo es el uso de superconductores de alta temperatura. Dennis Whyte en el MIT está impulsando un pequeño reactor ARC con esta idea, mientras que Tokamak Energy está tratando de recaudar efectivo para su máquina de alta temperatura.

Aquí hay una lista de propiedades relevantes de sólidos que podría usar:

Esto está tomado de mi publicación de blog en 2011, donde miro las opciones de materiales en fusión.


Curiosamente, el acero inoxidable y el carburo de tungsteno se ven realmente bien para los sólidos, lo cual es increíble, porque son materiales comunes. En realidad, donde solía trabajar, usábamos carburo de tungsteno. Construimos una cámara de gran diámetro con ella (ver más abajo). Tiene un punto de fusión muy alto y es muy resistente a la “amenaza” de una implosión de fusión ICF.

También existe la opción de paredes líquidas. Muchos equipos diferentes persiguen ese enfoque, incluidos:

  1. Fusión general. Quieren usar plomo líquido-litio, girando a altas velocidades.

2. El equipo de Dynomak . La Universidad de Washington ha planeado un reactor alrededor de un enfoque de pared húmeda. También están utilizando plomo-litio.

Los muros húmedos no son nuevos, los investigadores de ICF han hablado de ellos desde los años 70. La idea era absorber los neutrones en la mezcla para producir más tritio. Es por eso que el plomo-litio es de lo que todos hablan: es el líquido ideal para impulsar esa reacción.

Es comúnmente aceptado en la comunidad de fusión que los materiales utilizados para la construcción de un reactor de fusión deberían minimizar el desperdicio de material activado a medio plazo y evitar el uso de elementos que se convertirían en desperdicios de larga vida.

La siguiente es una clasificación interesante del equipo de ARIES-C sobre qué elementos de la tabla periódica podrían usarse según el espectro de neutrones que verán y en qué cantidad para cumplir con los criterios de uso reducido del material de activación.

Por lo tanto, si tiene un acero en el que sus elementos están en “verde” o en “amarillo” con cierta prudencia, entonces está bien.

Los aceros martensíticos 9-Cr donde los elementos constitutivos como Mo y Nb han sido reemplazados por V y Ta son el camino a seguir. EUROFER es el nombre del acero de referencia pensado para construir los componentes internos de futuros reactores. Aquí hay una breve presentación que presenta el tema https://gcep.stanford.edu/pdfs/q