Voy a descaradamente volver a publicar la respuesta que le di: ¿Qué diseño de reactor nuclear podría reemplazar al francés?
A continuación se muestra un diagrama de flujo de diferentes enfoques de fusión agrupados por familia y tipo.
Explicaré cada una de estas tecnologías a continuación:
Laser Fusion: Comencemos con Laser Fusion . Esto se hace en grandes instalaciones como el Laboratorio de Energética Láser (donde solía trabajar).
Esto está utilizando láser (o haces de partículas) para aplastar una pastilla de combustible de fusión como isótopos congelados de hidrógeno. Aquí están los pasos básicos:
Obviamente, este es un período de tiempo corto (cientos de picosegundos). También hay “juegos” de estos diferentes enfoques, que incluyen:
A. Accionamiento directo: aquí es donde se golpea el gránulo directamente con pulsos láser. Los pulsos pueden moldearse para obtener un mejor perfil de compresión. Sin embargo, hay inestabilidades que se forman alrededor de la compresión (inestabilidades de Rayliegh-Taylor y Richtmyer-Meshkov). Estos surgen de un fluido denso que empuja un fluido ligero. Puedes pensar en ello como tratar de aplastar globos de agua con lápices, chorros de agua por los lados.
B. Unidad indirecta: se supone que la unidad indirecta evita las inestabilidades de RM y RT dividiendo la compresión en dos pasos. Golpeas un cilindro de oro alrededor del exterior y haces rayos X. Esto conduce a una compresión más uniforme. Pero al hacerlo en dos etapas, hay más oportunidades de arruinar la alineación o perder energía.
C. Encendido rápido: esta idea también divide la compresión en dos pasos. Utiliza un pulso láser normal para comprimir el material en una bola apretada. Luego, un segundo rayo golpea el “punto caliente” con un rayo láser de alta energía para iniciar la fusión. La contención es la misma aquí que todas las ICF.
D. Haz de iones pesados: este es el mismo ICF de accionamiento directo, excepto que se usan haces de partículas de alta energía en lugar de rayos láser. Los partidarios argumentan que agregar masa a la implosión reducirá las inestabilidades.
E. Fusión magneto-inercial : está siendo desarrollada por el Dr. Scott Hsu en Los Alamos con una subvención ARPA-E. Se muestra a continuación. El concepto es hacer que una serie de cañones de plasma inyecten plasma de alta densidad en el centro de una cámara. Puedes pensarlo como una versión de ICF. Uno de los puntos de venta es que el cañón de plasma es de menor densidad, lo que lleva a una reducción en las inestabilidades de Rayleigh-Taylor y RM.
Pellizcos:
Los pinches fueron los primeros dispositivos de fusión controlada hechos por el hombre, es decir, no una bomba atómica . Esto se hizo en 1958, en Los Alamos National Labs, en una máquina conocida como scylla I.
Básicamente (en Theta Pinch) aplica un voltaje a través de un plasma de baja presión. Una chispa cruza la brecha, formando un campo magnético que comprime el plasma.
Aquí están sus variaciones sobre el concepto:
A. Z-Pinch: aplique una corriente a lo largo del eje del plasma. Se forman campos magnéticos alrededor del exterior para comprimir el material en el centro. El Z-Pinch más famoso está en Sandia National Labs.
B. Theta-Pinch: aplica campos magnéticos a lo largo del eje del plasma. El campo eléctrico se forma alrededor del exterior.
C. Pizca de tornillo: aplica un campo magnético y eléctrico a lo largo del eje. Tanto el campo magnético como el eléctrico comprimen el plasma alrededor del exterior.
D. Pinch de campo inverso: un intento de hacer un Z-Pinch dentro de un bucle sin fin. ¿Cómo es esto diferente de un tokamak? Todavía no tengo una respuesta clara sobre esto.
E. MAGLIF: el concepto es ” amortiguar ” las pérdidas al final del Z-Pinch con un rayo láser. Apuesto a que esto mejora el confinamiento sobre Z y Theta. Este concepto también es impulsado por Sandia.
F. Experimento de dipolo levitante: Puse esto aquí, porque se conoce como un “pellizco suave”. La rosquilla magnética está suspendida dentro de un plasma de baja presión. El plasma se extrae al centro de esta rosquilla. Cuando llega al centro, alcanza densidades donde puede ocurrir fusión. Yo llamo a esto el concepto de plasma de “inodoro”. Fue desarrollado por Columbia y MIT.
G. Enfoque de plasma denso: según tengo entendido, este concepto utiliza varios mecanismos de pellizco en una máquina. Se forma una lámina de plasma entre los electrodos y se mueve hasta el final. La lámina se agrupa en filamentos (mecanismo similar a una pizca de lámina en un plasma astrofísico ?? ). A continuación, los filamentos se agrupan en un plasmoide, que se convierte en un plasma de alta densidad que se fusiona. Los partidarios del DPF venden esto como: “usar las inestabilidades naturales de los plasmas para que se fusionen”.
Confinamiento magnético:
A. Tokamak: El método básico de confinamiento magnético es un tokamak. Se han construido más de 200 tokamaks planificados o desmantelados en todo el mundo. Aquí un plasma es retenido por campos externos e internos. Los campos internos son generados por una carrera actual alrededor de la rosquilla de plasma (no siempre se hace). El plasma caliente choca y conduce a la fusión.
El principal problema con el plasma en bucle son los efectos de dispersión. El material rebota entre sí, la mayoría de las colisiones no conducen a la fusión, y la dispersión envía material a la pared. Diferentes máquinas intentan mitigar la dispersión de plasma dando forma a la geometría magnética.
B. Tokamak esférico: el plasma gira en una órbita más estrecha e intenta utilizar el propio campo autogenerado del plasma para ayudar a contenerlo. Se han construido ~ 20 tokamaks esféricos en todo el mundo, el más famoso es MAST en Inglaterra.
C. Stellorator: este concepto tuerce la forma básica del donut tokamak para detener las reacciones de dispersión. El Dr. Lyman J Spitzer soñó este concepto en los años 60. El más famoso es el WX7, que acaba de abrir en Alemania.
D. Dynomak : El Dynomak de la Universidad de Washington también es un concepto. Esta es una jugada del Tokamak Esférico. Básicamente, cuando giras plasma, se “tambalea” como un tambaleo superior. Esto puede conducir a una inestabilidad Kink. En 2012, UWash impuso un bamboleo y obtuvo un plasma giratorio ; este es un enfoque completamente nuevo para el calentamiento por plasma. Esto condujo a una idea completamente nueva conocida como Dynomak o fusión CT. En agosto de 2015, fundaron una startup para perseguir este enfoque.
D. Espejos magnéticos: cuando el plasma se dirige a un campo magnético en un ángulo agudo, puede reflejarse (ver arriba). Esto se conoce como el “efecto espejo” y solo se aplica bajo ciertas condiciones. El programa de espejos fue una empresa masiva del gobierno de los Estados Unidos para construir una docena de máquinas durante más de 20 años para realizar espejos como tecnología de fusión.
F. Configuraciones invertidas de campo: este plasma está completamente contenido por sus campos autogenerados. Por lo tanto, lo considero plasma “no magnetizado”, ya que los campos externos no se mezclan con el plasma. Más de 40 de estas máquinas se han construido desde los años 70. El fenómeno creció a partir de una observación extraña en el campo pinch (el plasma era extrañamente estable cuando no debería haberlo sido) y esto llevó a los investigadores a darse cuenta de que los campos internos de los plasmas eran autocontenidos. Estos deberían contener plasma mucho mejor que el WX7 – SI pueden hacerse estables. El récord mundial de mantener un FRC es de 5 microsegundos, y lo posee Tri Alpha Energy.
Confinamiento electrostático inercial
Este concepto utiliza un campo eléctrico para calentar iones a condiciones de fusión. El dispositivo IEC más básico es el fusor. Asi es como ellos trabajan.
A. Fusor : crea una caída de voltaje entre dos jaulas de cables. Alrededor de 10,000 voltios funcionarán para los iones de deuterio. Los iones (+) caen por la caída de voltaje (-). A medida que caen, el campo eléctrico funciona (trabajo físico) para calentar los iones a condiciones de fusión. Si los iones pierden la jaula interna, pueden chocar en el centro y fusionarse. A menudo no fallan, y golpean la jaula de alambre. Esto conduce a altas pérdidas de conducción.
Los fusores son, de lejos, los dispositivos de fusión más simples, más baratos, más pequeños y más fáciles de construir en el mundo, sin competencia. Los niños adolescentes pueden construirlos por unos pocos miles de dólares en sus garajes. Pueden funcionar durante miles de horas continuamente. Más de 75 aficionados en Norteamérica han fusionado el átomo con estas máquinas. Hemos tenido informes de aficionados que alcanzan 1E11 neutrones por segundo con una potencia de 100 vatios utilizando un fusor.
B. Polywell : este concepto intenta hacer caer el voltaje (-) atrapando un plasma en su mayoría (-) dentro de un campo magnético. Podría llamarlo parte de la familia de confinamiento magnético, excepto que estos plasmas son (idealmente) no magnetizados. El plasma está confinado en un campo de cúspide fuertemente doblado. Idealmente, en estas geometrías, el plasma debería hacer sus propios campos magnéticos que lo autocontengan.
C. POPS : este es un concepto de fusor modificado en el que intentamos osicilar el plasma alrededor de la jaula interna de tal manera que no golpee los cables.
D. Fusor con aislamiento magnético : este concepto se acaba de proponer, donde protegemos magnéticamente el plasma de la caja interna de los fusores. La teoría sugiere que es una buena idea.
E. Trampas de penning : Esto intenta atrapar un plasma mayormente negativo dentro de una trampa de penning. Una trampa Penning es una configuración distinta de campos magnéticos y eléctricos.
Esta es la razón por la que me gusta IEC: cuando un niño de 13 años acude a David Letterman para anunciar que ha fusionado el átomo, me dice que las cosas están cambiando.
Otros enfoques:
Hay una serie de otros enfoques por ahí. Aquí hay algunos:
A. Fusión objetivo magnetizada: en este sistema, se inyecta una rosquilla de plasma giratorio en una cámara de litio líquido. El líquido se comprime con una onda de choque de presión. Esta ola “se enfoca geométricamente” a medida que viaja hacia adentro. Esta acción aumenta la energía inyectada por metro cúbico para alcanzar densidades de fusión. Apuesto a que la eficiencia del combustible en este método es alta . Esta tecnología es defendida por General Fusion en Canadá.
B. Beam Fusion – ¡La fusión de haz en vigas no funciona! Es por eso que ideas como MIGMA no funcionaron. Existen grandes inestabilidades que forman tasas de fusión de muerte. FP Generation inc (2009 a 2011) probó algunos de estos conceptos. La compañía intentó reflejar y / o enfocar los haces de partículas utilizando lentes Gabor. Tenían dos dispositivos conceptuales, MIX y MARBLE. MÁRMOL haces de partículas oscilantes a lo largo de una línea (ver arriba) que intenta obtener la fusión. MEZCLA vigas enfocadas en el centro.
D. Lockheed Martin / Reactor de fusión compacto / Contención de cúspides: el Dr. Harold Grad predijo que se podría estabilizar el plasma dentro de un campo fuertemente doblado, haciendo que el diamagnetismo de los plasmas “tapone los agujeros”. El polywell está incluido en esta familia de conceptos. Desde los años 50 hasta 1980, se publicaron aproximadamente 200 artículos sobre sistemas en cúspide y se exploraron varios conceptos. Esta idea ha encontrado algunas nuevas piernas recientes con el reactor Compact Fusion de Lockheed Martins. Están persiguiendo plasmas confinados en la cúspide. Otros conceptos en esta familia incluyen la cerca de piquete del Dr. Jim Tucks y el Toramac.
Entonces, ¿el estado actual? En este momento, ITER es donde va la mayoría de los fondos para la fusión. Pero hay varias pequeñas empresas que intentan romper el poder neto con los enfoques que mencioné anteriormente. Este nuevo documental analiza algunos de estos enfoques.
