Para un plasma de deuterio / hidrógeno, retenido en un tubo ancho por fuertes campos magnéticos, se ha descubierto que la temperatura necesaria para que se produzca la fusión, ¡es de aproximadamente 400 millones de K! Fue un poco más bajo de lo esperado, debido al túnel de protones y al hecho de que son los iones con velocidades en el extremo superior de la distribución de velocidad los que se someten a fusión. Los iones deben estar a una temperatura tan alta, para poder superar la repulsión electrostática y acercarse lo suficiente como para que la fuerza nuclear fuerte se haga cargo.
La densidad del plasma durante la fusión se ha medido en aproximadamente 2 × 10 ^ 19 kg / m ^ 3. A esta densidad, los iones están separados por una distancia aproximada de 5 × 10 ^ -16 m, por lo que están muy cerca uno del otro.
¿Podría lograrse esta densidad solo con presión? Bueno, imagina que tomamos algo de gas de deuterio, a temperatura ambiente (300K). Su presión sería de 1 atm (1 atmósfera) y su densidad sería de 0.09 kg / m ^ 3. Imagine que pudiéramos comprimir este gas, adiabáticamente, hasta una presión enorme de 1 millón de atm. Su temperatura aumentaría en 75,500 K, de acuerdo con las ecuaciones de gas ideales; esta es una aproximación, pero no estaría muy lejos. Su densidad aumentaría hasta 1.8 × 10 ^ 7 kg / m ^ 3. Estos son valores impresionantes, pero aún no estás cerca de los valores de plasma necesarios.
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No estoy del todo seguro de cómo se podría hacer que una presión de 1 millón de atm actúe sobre cualquier área que no sea la más pequeña. No estoy seguro de si los sistemas hidráulicos son lo suficientemente fuertes como para entregar una presión de esta magnitud, pero seguir comprimiendo el gas aún más requerirá presiones mucho más altas.
Incluso si ahora llevas a calentar el gas, a un volumen constante, por ejemplo, tienes 3 grandes problemas. 1. Es muy difícil encontrar fuentes de energía térmica a 75.300 K, y tendrá que ir muy por encima de esto, por un factor de aproximadamente 5.000. 2. La presión del gas aumentará hasta el punto de que no hay nada lo suficientemente fuerte como para contenerlo. 3. No conozco ningún material cuyo punto de fusión no esté muy por debajo de 75,000 K, entonces, ¿qué recipiente puede usar?
Llegará a un punto donde tendrá un gas extremadamente caliente, a una presión enorme, que todavía está muy por debajo de la temperatura y densidad de plasma requeridas. Estaría atascado, a menos que haya utilizado uno o más de los procesos, que en realidad se utilizan para calentar plasmas.
A. La primera etapa es inducir enormes corrientes eléctricas en el plasma, utilizando los grandes electroimanes que se colocan a su alrededor. Esto se llama calentamiento ‘Ohmic’ y puede elevar la temperatura a unos 130 millones de K.
B. La segunda etapa es la inyección de haz neutro de átomos de hidrógeno de alta energía. Estos átomos se ionizan primero, se aceleran a través de aproximadamente 40 kV, se neutralizan con electrones y luego se inyectan en el plasma. Proporcionan los protones necesarios para la fusión y calientan nuevamente el plasma, a aproximadamente 260 millones de K, mediante calentamiento por viscosidad / fricción. Deben ser neutrales al ingresar al plasma, para no desestabilizarlo.
La presión dentro del plasma crece a valores enormes, y el plasma se mantiene en su lugar mediante grandes campos magnéticos.
C. La etapa final de calentamiento se realiza mediante calentamiento resonante de RF. Esto funciona un poco como un horno de microondas, pero con ondas de radio. Esto lo lleva a los 400 millones de K de temperatura necesarios.
El tubo de plasma se puede calentar por compresión aumentando el campo magnético que lo contiene.
Todavía no hemos construido un reactor de fusión que pueda entregar más energía, que la que se tiene que poner, para que funcione. Sería un pináculo del logro humano, si lo hiciéramos.
