¿Cuál es el problema con la fusión controlada? ¿Por qué es tan difícil aprovechar la energía de la fusión en la tierra? ¿Cuánto tiempo tenemos que esperar antes de ver una planta de energía basada en fusión?

Es un problema muy difícil que se ha subestimado durante muchos años. Cuando era estudiante en la década de 1960, la energía de fusión iba a ser comercialmente viable en 20 o 30 años. Hoy, la estimación aún es de 20 o 30 años, lo que lleva a la broma:

La energía de fusión es la fuente de energía del futuro,
Siempre lo ha sido, siempre lo será.

Pero en serio, tratar de limitar los plasmas de alta temperatura a una densidad lo suficientemente alta durante el tiempo suficiente para lograr la generación de energía de fusión de equilibrio es muy difícil. El plasma tiene muchos tipos diferentes de inestabilidades y la física es muy no lineal. El sol y las estrellas tienen generación de energía de fusión porque la gravedad de la estrella confina y calienta el hidrógeno a temperaturas muy altas y densidades muy altas; simplemente no tenemos el lujo de una botella de confinamiento gravitacional, por lo que tenemos que hacerlo con campos magnéticos. o láser.

¡La forma más fácil de utilizar la energía de fusión es utilizar la energía solar! La energía solar incluye la energía solar fotovoltaica, la energía solar térmica, la energía hidroeléctrica, la energía eólica y de las olas: la fuente principal de todos estos métodos de generación de energía es la energía de fusión generada en el sol.

Cuando visité el Max Plank institut für plasmaphysik como estudiante, me dijeron que el principal problema con Wendelstein 7-X era el confinamiento de plasma de alta densidad . Tener> 1000000 K cosas que fluyen hacia una estructura toroidal hecha de superconductores es solo un dolor real en el a–.

Planean terminar el Wendelstein antes de 2018, pero los investigadores nos dijeron que probablemente no veremos energía de fusión nuclear comercialmente viable antes de 2050.

Sin embargo, no tengo una referencia oficial (en realidad, todo está en mis notas de Moleskine), por lo que espero muchos votos negativos.

Editar: ¡un par de buenas respuestas allí!

Hay algunos problemas con la fusión, pero primero, necesitamos explorar cómo puede ocurrir la fusión en la Tierra. No me volveré demasiado científico ya que probablemente no ayude, así que tome esto como una descripción general:

La fusión es posible a través de confinamiento por gravedad / inercia o por confinamiento magnético . Como sabrán, nuestro Sol produce energía a través de la fusión inducida por la gravedad. Es decir, el sol es tan masivo que la gravedad atrae todo hacia el centro y provoca una acumulación de alta energía. Esto hace que el centro esté muy caliente y le da a las partículas suficiente energía para fusionarse y fusionarse. Cuando fusionas elementos muy ligeros, se produce un exceso de energía. * También hay un poco sobre la tunelización cuántica, pero ignorémoslo a los efectos de esta discusión.

En la Tierra, no tenemos gravedad para hacer esto por nosotros, por lo que hemos pensado (durante mucho tiempo) en usar fuerzas creadas artificialmente. Desafortunadamente, no parece que podamos hacer esto de manera controlada. Es decir, podemos fusionar las cosas, pero no podemos mantener la reacción. Por lo tanto, hemos recurrido a la fusión de confinamiento magnético.

MCF usa un tubo grande llamado tokamak y hace girar materiales fundibles a lo largo de él. Luego, lo bombardeamos con toneladas de energía, por ejemplo, en forma de ondas de radio, lo que hace que se caliente. A cierto calor, estos materiales se separan eléctricamente y pueden controlarse mediante un campo magnético (confinamiento magnético).

La idea de los reactores de fusión es comenzar el proceso y utilizar el exceso de energía para alimentar (sostener) la reacción, así como extraer energía adicional. Esto ha sido difícil debido a las temperaturas extremadamente altas requeridas, entre otras cuestiones más técnicas. La financiación, también, parece ser un problema importante (como en toda investigación científica).

Se supone que el ITER estará operativo en 2018, y si no me equivoco, se supone que es sostenible, aunque no extraíble.

Espero que ayude.

La fusión nuclear controlada es difícil porque trata de lograr algo que no se ha hecho en ningún otro lugar del universo. Mientras que los reactores de fusión se comparan comúnmente con el sol, ¡el reactor de fusión ITER en realidad está tratando de vencer al sol en cuatro órdenes de magnitud!

El sol produce alrededor de 3.84 * 10 ^ 26 vatios. El núcleo, donde tiene lugar la fusión, tiene aproximadamente un 20% del radio del sol. Eso da una potencia de solo 34 vatios por metro cúbico, no lo suficiente como para alimentar una bombilla anticuada. El reactor de fusión ITER tendrá un tokamak con una potencia de 840 metros cúbicos. El núcleo del sol produciría 0.0286 megavatios en este volumen [1], suficiente para alimentar de cinco a diez hogares. Por el contrario, ITER disparará el plasma a 150 millones de celcius, diez veces más caliente que el núcleo del sol y está diseñado para producir una salida de 500 megavatios por 50 megavatios de energía de entrada. Eso es diecisiete mil quinientas veces más energía por volumen que el sol produce.

Como Steve Harris escribe en los comentarios a continuación, el secreto de la producción de ITER no es solo la temperatura, sino el uso del deuterio isótopo de hidrógeno pesado en lugar de solo hidrógeno ligero, que constituye la mayoría del hidrógeno en el sol. El deuterio es mucho más fácil de fusionar en un reactor.

[1] 840 metros ^ 3 * 3.846 × 10 ^ 26 vatios / ((4/3) * pi * (0.2 * radio solar) ^ 3) en megavatios

Dan Piponi se golpeó el clavo en la cabeza para una fusión inercial con las inestabilidades de Rayleigh Taylor. Sin embargo, otro problema es el de lograr una simetría perfecta en las cápsulas esféricas que estamos tratando de comprimir con láser. Finalmente, hacer coincidir el experimento con la teoría es muy difícil ya que hay muchos aspectos diferentes de la física involucrados. Para hacer que las simulaciones sean más rápidas y económicas, los científicos han utilizado suposiciones incorrectas sobre el flujo de calor en el objetivo, lo que nos ha hecho demasiado optimistas sobre el rendimiento de NIF. Sin embargo, ¡no había forma de saber que esto era demasiado optimista hasta después de los experimentos iniciales!

Para la fusión magnética, Ben Mahala fue correcto al identificar la escalabilidad como un gran problema. Los científicos siguen construyendo máquinas cada vez más grandes, pero duplicar el tamaño no duplica exactamente el rendimiento de la fusión, es una relación más complicada. En general, no podemos saber cómo funcionará una máquina hasta que la construyamos, pero podemos adivinar.

Sabremos si las predicciones de escala de los científicos funcionan como se esperaba para 2030 después de que ITER se haya ejecutado en la fase DT (quema de fusión) durante un año o más. Sin embargo, sigue existiendo un problema importante: ¿pueden las paredes soportar las principales cargas de calor y la radiación de neutrones a las que se someterán? Este problema de los materiales de la pared del reactor es probablemente la razón más importante por la que no se apresuran los planes para una central eléctrica de demostración, ya que tal planta probablemente se vería destruida por daños en la pared en un par de años. Primero deben desarrollarse y probarse nuevos materiales en entornos apropiados, pero no se necesita suficiente financiamiento para esto.
Lo más temprano que podríamos ver de manera realista una planta de energía comercial sería alrededor de 2050. Esto probablemente será construido por los chinos.

Eso es difícil de responder. Primero debes darte cuenta de que hay muchos enfoques para la fusión. A continuación hay una lista aproximada :

Fusión de confinamiento magnético (MCF):
1. Tokamak
2. Tokamaks esféricos
3. Stellarators
4. Experimento dipolo levitado (LDX)
5. Espejos magnéticos.
6. Geometrías recortadas
7. Pinch de campo invertido

Estructuras casi estables:
8. Configuración invertida en el campo

Fusión de confinamiento inercial (ICF):
9. Unidad directa ICF
10. Encendido rápido ICF
11. ICF indirecta
12. Heavy Ion Beams ICF

Pellizcos:
13. Z-Pinch
14. Theta-Pinch

Confinamiento electrostático inercial (IEC):
15. Fusores
16. POPS
17. Trampas para escribir
18. vigas

Híbridos
19. Fusión objetivo magnetizada (Configuración inversa de campo e ICF)
20. Fusión inercial del revestimiento magnético (Theta Pinch e ICF)
21. Fusión magneto-inercial (campos magnéticos de corta duración e ICF)
22. Polywell (geometrías agrupadas e IEC)
23. Dynomak
24. Tornillo de pellizco (Theta Pinch y Z Pinch)

En términos de poder de fusión , algunas de estas ideas no van a funcionar. Un problema es que la fusión en su conjunto es que también ha sido objeto de afirmaciones salvajes. Como no sabemos cómo es una planta de energía de fusión, las personas a menudo han afirmado que tenían la solución, aquí hay algunos ejemplos:

Enfoques malos / basura / infructuosos:
A. Fusión incontrolada
B. Máquinas Migma
C. El Proyecto Hemual
D. Fusión de burbujas / Sonofusion
E. Fusión fría / LENR
F. Fusión catalizada por muones
G. Fusión piroeléctrica
H. Iluminación de bola
I. Cross Fire Fusion

Entonces, la respuesta más honesta es: no sabemos cuán cerca o lejos está el poder de fusión, pero eso no significa que debamos dejar de intentarlo.

Los reactores de fisión usan uranio, o a veces plutonio o torio. Todo esto se fisionará si la materia prima radiactiva es lo suficientemente pura como para que se active una reacción en cadena. El principal problema es evitar que se escape.

Fusion requiere temperaturas extremas. El proceso que ocurre en el corazón del sol fusiona hidrógeno normal con helio: tales temperaturas no se pueden obtener dentro de algo más pequeño que una estrella enana roja. Se usan otras reacciones más fáciles para los reactores de fusión, pero aún son terriblemente difíciles de controlar.

También hay Cold Fusion, hay algunos casos auténticos de esto, pero demasiado lento para ser útil. El reclamo muy publicitado de algo útil recibió mucha publicidad y luego fue visto como desacreditado. Lo que sucedió es inexplicable ya que algunas personas tuvieron reacciones extrañas. Pero si funcionara, necesitaría nueva ciencia para explicarlo.

Para tener fusión, debe tener una cantidad de material que sea capaz de fusión (como el deuterio) empaquetado densamente y debe estar muy caliente. Esto hace que los átomos se fusionen. El problema es que cuando algo se calienta, se expande naturalmente, por lo que ya no está densamente empaquetado. Por lo tanto, tienes una contradicción. Si hace calor, naturalmente no es denso. No puede simplemente colocar el material en un recipiente fuerte para mantenerlo unido densamente, porque el contacto con el recipiente enfriará el material si el recipiente está frío y si el recipiente está lo suficientemente caliente como para no enfriar, el material fusionable se derretirá. Se están experimentando varias soluciones, como contener el material en un campo magnético o calentar el material tan rápido que la fusión se produce antes de que el material tenga la posibilidad de expandirse, pero esto siempre requiere una gran cantidad de energía. Hasta ahora, la energía requerida para calentar el material más la energía requerida para mantenerlo comprimido más varios otros gastos de energía como el refinado del material de fusión siempre es mayor que la energía liberada de la fusión, por lo que todo el proceso no vale la pena. El único ejemplo de trabajo de fusión controlada es en una estrella (como nuestro sol), donde la gran masa de la estrella crea suficiente gravedad para mantener el material unido. Obviamente, esa no es una solución viable para un reactor de fusión en la Tierra, porque la masa del reactor tendría que ser muchas veces mayor que la masa de la Tierra.

El principal problema en el proceso de Fusion es cómo controlar una temperatura tan alta. (2 × 10 ▲ 7) kelvin plasma en reacter. Los científicos están trabajando para construir un reactor de fusión. Las organizaciones como ITER, CERN, TOKAMAK están trabajando para hacer un reactor de fusión. Puede tomar aprox. 5 años para hacer reacter. Puede ver las actualizaciones sobre el reactor de fusión en el sitio web oficial de ITER.
Gracias una tonelada….

Fundamentalmente, la barrera de Coulomb es el problema. La fuerza nuclear fuerte es mucho más fuerte que la fuerza electromagnética, pero su rango entre nucleones (neutrones y protones) es muy pequeño, solo del ancho de un protón. Mientras tanto, el rango de la fuerza electromagnética es infinito (aunque se debilita proporcionalmente a la distancia ^ -2). La fuerza electromagnética entre dos núcleos atómicos, que están cargados positivamente debido a sus protones, es repulsiva, y la fuerte fuerza nuclear entre los nucleones es atractiva. Esto significa que los núcleos de los isótopos de hidrógeno deben tener una energía cinética tremenda para superar esa repulsión electromagnética y estar dentro del rango de la fuerza nuclear fuerte y atractiva. Hasta ahora, la única forma de lograr prácticamente esto donde obtenemos más energía de la que hemos invertido ha sido utilizar la energía producida por una bomba atómica, que apenas es adecuada para la generación de energía.

Una palabra: temperatura. La fusión solo ocurre a temperaturas LUDICAMENTE altas (como en millones de grados). Nada en la Tierra, ningún objeto, ningún contenedor, puede soportar ese tipo de temperatura. Por lo tanto, creamos soluciones elegantes como el Tokamak, que esencialmente atrapa el evento de fusión en un “contenedor” de campos eléctricos y magnéticos (dentro, por supuesto, otro contenedor). Problema: requiere una cantidad RIDICULOSA de energía para generar esos campos, y mantenerlos estables es bastante problemático.

la fusión controlada requiere fusionar 2 núcleos juntos, recolectar la energía que se desprende y alimentar esta energía nuevamente en el sistema para fusionar más núcleos juntos

Ha habido numerosos intentos de lograr un ciclo de retroalimentación funcional. Estos incluyen el diseño popular de tokamak, así como diseños alternativos de plasma (Tri-Alpha, diseño de Lockheed, etc.), así como fusión inducida por láser e incluso fusión catalizada por muones (es decir, una forma de fusión en frío)

cada uno de estos diseños de reactores tiene sus defectos

tenga en cuenta que es totalmente exacto decir que necesitamos “calentar un plasma” para obtener la fusión; esta es una visión muy estrecha del proceso real, que es más parecido a unir los núcleos (es decir, lograr una gran sección transversal de fusión)
Esto es particularmente relevante en un sistema como Tri-Alpha (la configuración de campo inverso o diseño RFC)

¿Por qué la mayoría de estos diseños son inestables? porque estamos tratando de diseñar un sistema de retroalimentación, o circuito de control, que necesite modular un sistema altamente no equilibrado, y nadie tiene idea de cómo o qué parámetros ajustar.
por ejemplo, ¿podría uno modular la “temperatura” del plasma, los campos magnéticos aplicados o alguna otra propiedad para controlar la reacción

compare esto con, digamos, los circuitos de control / retroalimentación en la misión Apollo, que eran esencialmente solo filtros de Kalman que ayudaron a estabilizar la trayectoria del disparo lunar.

Podrías arrastrar el principio antrópico, es difícil aquí en la tierra porque es difícil en cualquier lugar, puede haber tomado un billón de billones de universos, cada uno con leyes físicas ligeramente diferentes, antes de que surgiera el nuestro, con los parámetros correctos que permiten gravedad para exprimir el hidrógeno a la perfección, ni muy poco, ni demasiado, y nos dio las partículas elementales con las energías correctas, no un 2% demasiado poco o un 2% demasiado, para permitir que se produzca la fusión en una escala de tiempo suave y prolongada , el tiempo suficiente para que evolucionemos y nos preguntemos por qué la fusión es tan difícil aquí en la tierra.

Usted ve que no hay un mandato que requiera que nada sea fácil. Y en el caso de fusión exprimir cosas a millones de grados no es fácil.

Rara vez un proyecto de ingeniería atrajo tanto interés y fondos y entregó tan poco. En serio, cuando se promocionó por primera vez el poder de fisión regular, dijeron que sería demasiado barato para medir. Quien genere una fusión autosuficiente en un laboratorio ganará un premio Nobel, pero no espere ver la generación de energía de fusión comercial en su vida.

El no es un problema con la fusión controlada. Solo problemas con una comunidad científica controlada. Aunque se alega que hemos creado fusión bajo condiciones de alta temperatura y alta presión, en la bomba de hidrógeno, cuando observamos la fusión en la naturaleza, encontramos que funciona bien en ambientes frescos y de baja presión. Tenemos tres ejemplos de fusión a baja presión. La fusión de nitrógeno a carbono 14. Esto ocurre principalmente en los primeros 10 kilómetros sobre el nivel de la nube. Un ambiente frío y de baja presión. El siguiente lugar donde sabemos que ocurre la fusión es en el vapor de agua en los cometas. Los protones se convierten en vapor de agua y luego en isótopos extremadamente fuertes de vapor de agua, incluidos neutrones adicionales en las moléculas de hidrógeno y oxígeno.

El tercer lugar de baja presión donde tenemos fusión es en la zona de fusión, cerca y por encima de la fotosfera, en el sol. Contrariamente al modelo fallido de la ciencia controlada, esta es la única zona de fusión que conocemos en el sol que transfiere cualquier calor serio a la tierra. Habrá otras zonas de fusión, pero no son directamente importantes para calentarnos aquí en la tierra.

Ahora los tres ejemplos están en zonas de muy baja presión. El área del sol donde la fusión es desenfrenada es caliente POR LA fusión. Y no debe interpretarse que este calor es necesario para la fusión.

Entonces, ¿qué tienen de especial estas tres áreas? Son 3 áreas de alta acumulación de POTENCIAL ELÉCTRICO. No alta presión atmosférica.

Entonces podemos tener fusión. Podemos tener sólidas economías en auge igualitario. Y podemos tener una cultura y una sociedad cada vez más resistentes y felices. Pero debemos sacar a estas personas de nuestras espaldas. Porque tienen matones en los escritorios de retraso de la ciencia que trabajan en Internet las 24 horas del día.

Entonces, ¿qué pasa con estos dos caballeros que descubrieron por primera vez la fusión en frío pero que no sabían cómo hacerla confiable?

Lo que sucedió es que el departamento de entristecerte no deseaba que tuviéramos acceso a la fusión, por lo que lanzaron una guerra de contrainteligencia contra estos buenos hombres. Recordemos siempre a ellos. Digamos perdón por no saber que estábamos siendo engañados por su descubrimiento.

Nadie mencionó: EL DISPOSITIVO DE ENFOQUE DE PLASMA DENSO -DPF?
http: // lawrencevilleplasmaphysic …