Experimentos De Fusión Se Acercan Más A La Meta De Equilibrio

{h1}

Los físicos pueden estar un paso más cerca de alcanzar el objetivo de equilibrio de la potencia de fusión, utilizando pulsos de láser modificados para destruir núcleos de deuterio y tritio.

La energía de fusión ha demostrado ser un objetivo difícil de alcanzar: una broma es que la humanidad está a 20 años de una planta de energía práctica, y lo ha estado durante 60 años.

Eso podría estar cambiando, dijo John Edwards, director asociado para la fusión de confinamiento inercial y la ciencia de alta densidad de energía de la Instalación Nacional de Ignición.

En un artículo reciente publicado en la revista Physics of Plasmas, Edwards dijo que los científicos de NIF se están acercando a las reacciones que producen más energía de la que necesitan para ponerse en marcha, y agregó que los obstáculos para realizar la fusión nuclear implican problemas de ingeniería en lugar de física básica.

La energía de fusión aprovecha la misma fuente de energía que hace que el sol brille. Implica juntar núcleos atómicos, los protones y neutrones de los átomos, para formar elementos más pesados ​​y liberar energía. En estrellas como el sol, la fusión se produce debido al inmenso peso del gas hidrógeno que aplasta a los protones en el centro del sol para producir helio. La fusión difiere de las reacciones de fisión, utilizadas en las centrales nucleares actuales, donde un átomo se rompe espontáneamente, el proceso de descomposición radiactiva, y libera energía. [¿Ciencia o ficción? La plausibilidad de 10 conceptos de ciencia ficción]

A diferencia de los subproductos radiactivos de la fisión, las centrales eléctricas de fusión prometen mucha energía sin residuos radiactivos; En muchas reacciones de fusión, el producto es helio.

¿Haciendo energía?

Para crear reacciones de fusión, los científicos de NIF disparan láseres en un hohlraum o un cilindro hueco hecho de oro. Los pulsos de láser, que duran una mil millonésima de segundo, alcanzan una pequeña esfera llena de deuterio (hidrógeno con un neutrón adicional) y tritio (hidrógeno con dos neutrones adicionales).

Cuando los rayos láser alcanzan el hohlraum, el oro emite rayos X que son tan poderosos que vaporizan la superficie metálica de la esfera. Esa vaporización ejerce una presión inmensa sobre el deuterio y el tritio, e induce la fusión, rompiendo los átomos de hidrógeno en helio, más un neutrón.

El problema es que incluso pequeñas imperfecciones en la superficie de la esfera significarán que la presión sobre el deuterio y el tritio no es perfectamente uniforme. ¿Resultado? "Implica como un puercoespín", dijo Edwards a WordsSideKick.com. Esta "explosión inversa" desigual produce un desperdicio de energía, de modo que se ingresa más energía en el sistema que la que sale de él.

Pero, para obtener mejores implosiones, el equipo de NIF descubrió cómo reducir el efecto. Significó cambiar la forma de los pulsos del láser para variar la cantidad de energía transportada en ellos con el tiempo. El grupo de Edwards descubrió que al alterar la forma de una manera diferente a la anterior, y al reducir los pulsos (10 nanosegundos en lugar de 15 nanosegundos), pudieron hacer que las esferas implosionaran de manera más uniforme.

Eso acercó al NIF al "punto de equilibrio científico", donde la cantidad de energía que sale de la reacción de fusión es igual a la que aportó la energía cinética de la implosión. (La energía del láser no se cuenta en el cálculo). En este momento, la cantidad de energía que sale de la configuración de NIF es aproximadamente el 80 por ciento de lo que se pone.

Habrá más experimentos, dirigidos a afinar la implosión, dijo Edwards.

Nada de esto va a resultar en una planta de energía basada en la fusión. Pero Edwards señaló que ese no es realmente el punto, al menos no todavía. En parte, el objetivo es encontrar una manera de controlar las implosiones necesarias para que funcionen las reacciones de fusión autosostenidas.

"El NIF está diseñado para encender una pastilla de fusión", dijo Stewart Prager, director del Princeton Plasma Physics Laboratory. "No lo obtuvieron en el momento en que lo declararon originalmente, pero están progresando". El NIF fue construido en 2008; su mandato original era lograr la ignición, el punto de equilibrio, en 2012.

El futuro de la fusión.

Edwards también notó que la física, al menos, funciona de la manera en que las simulaciones y teorías informáticas dicen que funcionará. Eso apunta a un problema de ingeniería, en lugar de cualquier necesidad de nuevas teorías físicas para describir lo que está sucediendo dentro de las esferas. [Los 9 mayores misterios sin resolver en la física]

Hay otros métodos para crear reacciones de fusión. El método más conocido, llamado tokamak, utiliza campos magnéticos para confinar plasma o gas calentado a millones de grados. El Reactor Experimental Termonuclear Internacional, o ITER, que se está construyendo en el sur de Francia, examinará esta técnica. Se han construido docenas de reactores de fusión experimentales a lo largo de los años; pero están diseñados para la investigación, no como plantas de energía. ITER será el primero diseñado para generar reacciones autosuficientes, pero ni siquiera comenzará los primeros experimentos del mundo real hasta la década de 2020.

Lo que nos lleva a la gran crítica de los experimentos de fusión: que no producirán nada útil en un plazo razonable. Tanto el NIF como el ITER son caros: el NIF es un proyecto de $ 3.5 mil millones, mientras que se proyecta que el costo del ITER es de alrededor de $ 17.5 mil millones. La investigación de fusión en general se ha llevado a cabo desde la década de 1960.

También hay obstáculos técnicos incluso si la NIF logra la ignición. Las reacciones de fusión del NIF están investigando todos los neutrones producidos. Los neutrones, que no tienen una carga eléctrica, pueden pasar a través de cualquier material que no esté debidamente protegido. Pero cuando golpean a otros átomos, pueden romperlos o hacer que cualquier material que golpeen sea radioactivo; Incluso pueden debilitar los metales.Eso significa que para cumplir la promesa de eliminar la radioactividad, las reacciones de fusión no pueden involucrar la fusión de neutrones, como sucede con el deuterio y el tritio. Por otro lado, los neutrones pueden ser una fuente de energía adicional: al menos un diseño de reactor de fusión hace uso de sales de fluoruro de boro y litio para proteger las paredes del reactor de los neutrones y eliminar su calor, que podría usarse para Turbinas de accionamiento con vapor.

François Waelbroeck, director del Instituto de Estudios de Fusión de la Universidad de Texas, dijo que a pesar de que hay problemas con la fusión de deuterio-tritio (el tipo que se está estudiando ahora), la idea es que una vez que los científicos aprendan a hacer que esa reacción funcione, pueden Pasa a las reacciones que no emiten neutrones. Tales reacciones involucran litio o boro.

Algunas empresas más pequeñas también participan en la investigación sobre el poder de fusión: una llamada EMC2 ha recibido fondos de la Armada de los Estados Unidos para su investigación, aunque no ha publicado los resultados en revistas revisadas por pares. Otros, como Tri-Alpha Energy, General Fusion y Lawrenceville Plasma Physics también han realizado varios experimentos, aunque ninguna compañía ha construido nada como una planta en funcionamiento o ha logrado reacciones autosostenidas. Todas las compañías se enfocan en reacciones de fusión que no generan neutrones.

Aún así, Edwards es optimista. "Nuestro objetivo es demostrar que la ignición es factible", dijo. "Hemos hecho un gran progreso y estamos cerca de lograr lo que nuestros cálculos dicen que debería estar sucediendo en un régimen un poco menos exigente que las implosiones de ignición total".

Seguir WordsSideKick.com @wordssidekick, Facebook & Google+. Artículo original en WordsSideKick.com.


Suplemento De Vídeo: Urban Mining - Gold in our trash - VPRO documentary - 2015.




ES.WordsSideKick.com
Reservados Todos Los Derechos!
La Reproducción De Cualquier Permitió Sólo Prostanovkoy Enlace Activo Al Sitio ES.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ES.WordsSideKick.com