Fusión nuclear en lugar de fisión (¿un camino de salvación para la humanidad?). Fusión termonuclear

¿Y qué tipo de "holraum" es este?

Fusión láser golden holraum

Complejo nacional de reacciones termonucleares láser (Instalación Nacional de Ignición, NIF) en los Estados Unidos se llama fusión láser de doble uso. Está diseñado para ayudar a los estadounidenses Las fuerzas armadas mantener sus arsenales nucleares en un estado listo para el combate bajo una moratoria sobre las pruebas nucleares, y también propone descubrimientos revolucionarios que pueden proporcionar a la civilización un mar de energía limpia y barata.

Si le cree a la prensa, entonces las cosas sobre NIF se están desarrollando lo mejor posible. Pero los auditores de la Oficina General de Contabilidad de EE. UU. (GAO, análogo de la Cámara de Cuentas de Rusia) hay dudas al respecto, que compartieron con el Congreso en un informe con el número GAO-10-488.

NIF, NIC y NNSA

En marzo de 2009, la Administración Nacional de Seguridad Nuclear (NNSA) de EE. UU. Completó el proyecto NIF de $ 3.5 mil millones en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. La estimación incluye $ 2.2 mil millones en construcción en sí y $ 1.3 mil millones en ensamblaje e instalación de 192 láseres y equipos relacionados.

La Oficina planea crear presiones y temperaturas extremadamente altas en el NIF, típicas de explosiones nucleares... Si todo va bien, entonces nueva instalación permitirá a los estadounidenses investigar las características de los dispositivos explosivos nucleares sin probarlos, prohibido por los términos de la moratoria estadounidense de 1992.

La NNSA llama con razón a la fusión láser un "componente crítico" de una gran escala de EE. UU. arsenales nucleares... Las misiones militares serán una prioridad máxima para el NIF, pero administración militar está listo para proporcionar instalaciones para la instalación de investigadores civiles.

El Laboratorio Nacional Lawrence Livermore es directamente responsable del diseño y construcción del NIF. Los primeros estudios teóricos destinados a prepararse para el surgimiento de las NIF se remontan a marzo de 1997. En 2005, la NNSA formó NIC de conformidad con las directivas del Congreso. (Campaña Nacional de Ignición) y la asignó para supervisar la gestión del proyecto. Además, para el control del proyecto por parte de terceros, invitamos expertos independientes y grupos de expertos.

Láseres y holraum

La tecnología utilizada en NIF puede denominarse "reacción termonuclear láser". En la literatura estadounidense, el término "ignición" se ha pegado a él. Una vez que todo está listo, los operadores de NIF deben enfocar simultáneamente 192 rayos láser en objetivos más pequeños que una moneda de diez centavos. La energía total de los haces será de 1,8 MJ.

En un ciclo de trabajo que dura del orden de una millonésima de segundo, los rayos deben atravesar una serie de multiplicadores ópticos y luego enfocarse en un objetivo microscópico. Este último estará ubicado dentro de una cámara esférica de 10 metros de altura.

Diagrama de instalación de NIF - Dibujo de GAO Auditors.

El objetivo en sí, a su vez, es un cilindro de oro hueco. Él ha llamado Palabra alemana"holraum" (hohlraum) Es una cavidad cuyas paredes están en equilibrio de radiación con la cavidad. En el holraum, como en una muñeca que anida, hay una cápsula de combustible del tamaño de un grano de pimienta. Consiste en una capa congelada de deuterio y tritio que rodea una mezcla gaseosa enfriada de los mismos isótopos.

Los láseres NIF deben calentar rápidamente las paredes internas del holraum durante la operación, lo que convertirá la energía del láser en rayos X. Sucesivamente, Rayos X debe calentar rápidamente la superficie exterior de la cápsula de combustible. Con un calentamiento adecuado, la cápsula debería colapsar con una fuerza comparable a la que surge cuando se lanza el cohete, es decir, debería producirse una explosión (implosión) hacia el interior de la capa de deuterio-tritio.

Si la implosión procede simétricamente y a la velocidad deseada, entonces los átomos de deuterio y tritio se verán obligados a entrar en una reacción de fusión que durará 10 billonésimas de segundo. Se espera que las temperaturas que se crearán en la cápsula de combustible sean del orden de 100 millones de grados, es decir, la cápsula estará más caliente que en el centro del Sol.

Diagrama de transferencia de energía de Holraum: dibujo de los auditores de la GAO.
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En el Laboratorio de Energía Láser de la Universidad de Rochester (Nueva York) se llevaron a cabo pruebas preliminares para corroborar los procesos inherentes a la instalación del NIF. Los sistemas láser OMEGA y OMEGA EP que operan en el laboratorio son hoy el caballo de batalla de todas las investigaciones de la NNSA sobre fusión láser. Antes de la creación de NIF, tenían el récord mundial de energía de rayo láser.

Los objetivos, holraums y otros equipos relacionados para el NIF son suministrados por General Atomics, con sede en California. El Laboratorio Nacional de Los Alamos es responsable de los sistemas de diagnóstico, y el Laboratorio Sandia es responsable de respaldar la investigación sobre la Máquina Z, capaz de convertir radiación electromagnética en rayos x.

Problemas técnicos

¿La creación del NIF conducirá al éxito y los científicos estadounidenses podrán iniciar una reacción termonuclear utilizando láseres? Los auditores de la GAO recuerdan secamente los hallazgos del grupo independiente JASON, que enumera los desarrolladores de NIF que enfrentan problemas técnicos.

Una de las principales tareas es minimizar la pérdida de radiación láser, es decir, reducir significativamente la fracción de energía que pasará por el holraum o se reflejará en sus paredes. Si la reflexión amenaza con una simple pérdida de energía, entonces cada rayo fallado afectará negativamente la simetría de la compresión de la cápsula de combustible, lo que arrojará dudas sobre el inicio de una reacción termonuclear.

Incluso la orientación más precisa del rayo láser no garantiza el éxito total. Bajo la influencia de la radiación láser, el proceso de ionización comienza dentro del holraum y el gas cargado resultante interfiere con los procesos de transferencia de energía. En resumen, como resultado de la interacción de partículas ionizadas y rayos láser, parte de la energía que llega al holraum se eliminará de sus límites.

Los científicos llaman a este proceso "inestabilidad láser-plasma". (inestabilidad láser-plasma)... Además de la pérdida de energía, también conduce a una interferencia no deseada entre los rayos láser, lo que afectará negativamente a la simetría de la implosión.

El segundo gran problema con NIF tiene que ver con la tasa de implosión. Para iniciar una reacción termonuclear, la cápsula de combustible debe comprimirse 40 mil veces en comparación con su tamaño original. En este caso, la cápsula debe mantener una forma esférica. Además, la implosión debe ocurrir a una velocidad determinada, de lo contrario no será posible crear las presiones necesarias para iniciar la síntesis de núcleos ligeros.

Si la superficie de la cápsula de combustible no es lo suficientemente lisa, o si los rayos X caen de manera desigual sobre la cápsula, se comenzarán a formar protuberancias en forma de dedos en la cápsula. Como los resultados de los cálculos para modelos matemáticos, la formación de protuberancias será consecuencia de inestabilidades hidrodinámicas derivadas del contacto de materiales con diferentes densidades. Si hay demasiadas protuberancias, la reacción termonuclear no continuará, ya que la temperatura dentro de la cápsula disminuirá debido a las protuberancias.

Protuberancias en forma de dedos en la superficie de la cápsula de combustible: dibujo de los auditores de la GAO.
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Además de los dos problemas mencionados, los creadores de NIF se enfrentan a dificultades más tradicionales, pero no menos graves. Por lo tanto, deben proporcionar un control confiable sobre el estado de la óptica, que, por supuesto, eventualmente se dañará con los rayos láser que la atraviesen.

Al principio, habrá poco daño de este tipo, pero con el tiempo, su número comenzará a crecer, y si el porcentaje total de daño excede un cierto límite, entonces la operación del NIF en parámetros nominales será imposible.

Hay que reconocer que los creadores de NIF no se están deshaciendo de los problemas. El proyecto Holraum ha sido completamente rediseñado y su nuevo diseño promete minimizar las pérdidas de energía láser. Las cubiertas de los puntos de entrada de los rayos láser se eliminaron de su proyecto, tan pronto como resultó que la aparentemente buena idea de organizar los lugares donde los rayos golpean el objetivo de una manera especial conduce a un fuerte aumento en el plasma láser. inestabilidades.

Después de una larga búsqueda, los científicos se decidieron por el helio como material que llena el holraum. Se suponía que el proyecto original usaba una mezcla de hidrógeno y helio. Estas y otras modificaciones se probaron en el campo durante los primeros experimentos con el NIF, realizados en 2009. Los resultados obtenidos resultaron satisfactorios y se espera evitar inestabilidades al operar a potencia nominal.

La comprensión de los procesos de implosión debería mejorar después de completar una serie de simulaciones por computadora en modelos 2D y 3D. Además, la inestabilidad hidrodinámica se está estudiando activamente en el complejo OMEGA ya mencionado. El personal de NIF también espera poder monitorear el estado de la óptica.

La operación del NIF con una energía total de rayos láser de 1.8 MJ se pospuso para 2011. Hasta finales de 2010, la instalación funcionará con energías de 1,2-1,3 MJ. Según los expertos, a una energía de 1,2 MJ, las pérdidas de energía por inestabilidad no superaron el 6% en los primeros experimentos, a pesar de que el proyecto permite pérdidas del 15%.

Las primeras inclusiones provocaron las primeras pérdidas en óptica. En marzo de 2009, algunos de los rayos se reflejaron inesperadamente en el camino hacia el objetivo. Una salva "exitosa", combinada con un error de diseño, deshabilitó el 4% del número total de espejos en el sistema. Afortunadamente, el "disparo" tuvo lugar con energías de haz bajo, de lo contrario las consecuencias podrían ser aún peores.

La configuración de NIF avanza paso a paso hacia la nominal. Los últimos resultados obtenidos en experimentos en diciembre de 2009 se obtuvieron a una energía láser de 1,2 MJ.

Los expertos independientes piden precaución. Ellos predicen que NIF seguramente enfrentará nuevos desafíos tecnológicos y físicos que ni siquiera se pueden predecir en esta etapa. Y los auditores de la GAO se preguntan: ¿es real el calendario actual, según el cual la primera reacción termonuclear láser ocurrirá en 2012?

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Las reacciones de fusión nuclear se denominan termonucleares porque la única forma excitación de reacciones: calentamiento del combustible nuclear a alta temperatura.

La reacción de fusión nuclear también puede servir como fuente de energía.

Las reacciones de fusión requieren temperaturas y presiones extremadamente altas.

El hidrógeno-3 entra en la reacción de fusión nuclear con mayor facilidad, pero está presente en atmósfera terrenal en cantidades tan pequeñas y su producción está asociada a costos muy altos que la conveniencia misma de su uso como combustible es cuestionable.

Esta reacción se llama reacción de fusión nuclear, porque como resultado de la unión de núcleos, se forma un núcleo más pesado.

Para que comience la reacción de fusión nuclear, es necesario alcanzar una temperatura del orden de un millón de grados. Dado que la fisión nuclear es el único medio conocido actualmente para alcanzar tales temperaturas, se utiliza una bomba atómica basada en la fisión para iniciar una reacción de fusión de hidrógeno. Se supone que la energía liberada por las estrellas, incluido nuestro Sol, se forma como resultado de reacciones de fusión nuclear similares a las reacciones indicadas anteriormente. Dependiendo de la edad y temperatura de la estrella, los núcleos de carbono, oxígeno y nitrógeno, así como los isótopos de hidrógeno y helio, pueden participar en tales reacciones.

El principal problema asociado con la reacción de fusión nuclear es el desarrollo de una tecnología capaz de contener un gas de partículas cargadas, un plasma a temperaturas del orden de muchos millones de grados durante bastante tiempo para liberar la cantidad necesaria de energía. , mientras que el plasma se encuentra en un estado aislado ... Hay dos métodos conocidos mediante los cuales se controla este proceso: el método de los campos magnéticos y el método de contener átomos de hidrógeno pesados ​​con la ayuda de potentes láseres. Este método es la forma más sencilla de llevar a cabo la fusión nuclear, que involucra deuterio y tritio y que tiene lugar en un plasma sostenido por campos magnéticos a una temperatura de más de 100 millones de C. Productos finales Las reacciones de fusión son iones de helio (He-4) y neutrones. Aproximadamente el 80% de la energía liberada como resultado de la fusión proviene de neutrones. Los sistemas de transferencia de calor y conversión en calor, que son la siguiente etapa, son similares a los que se utilizan en los reactores de fisión nuclear.

Aprender a generar energía útil a través de una reacción de fusión nuclear es importante principalmente porque la fusión termonuclear es una fuente de energía casi inagotable. El costo del combustible termonuclear es bajo en comparación con el costo de los combustibles fósiles; está disponible en todas partes y el proceso de obtención sólo afecta levemente al medio ambiente. Además, aunque la energía termonuclear es también uno de los tipos de energía atómica, difiere significativamente de la energía atómica ordinaria que se libera durante la fisión del uranio, plutonio y torio. En comparación con los reactores de fisión nuclear y los peligros que plantean, un reactor de fusión parece ser mucho menos peligroso.

La tasa de liberación de energía como resultado de todas las reacciones de fusión nuclear que ocurren cada segundo es sorprendentemente pequeña cuando se expresa en calorías por gramo de materia. Será más de 100 veces menor que la velocidad a la que cuerpo humano en un segundo, libera calor durante su metabolismo. Por supuesto, cantidad total el calor emitido por el Sol no se puede comparar con el calor de nuestro cuerpo debido al enorme valor de la masa total del Sol. Pero esto plantea la pregunta de cómo el Sol puede estar tan caliente si la tasa de liberación de calor en un gramo de masa es 100 veces menor que en nuestro cuerpo.

En general, se acepta que generar energía a partir de una reacción de fusión debería causar menos contaminación. medio ambiente que usar una reacción de fisión nuclear. Sin embargo, cabe señalar que materiales de construcción porque las partes internas de un reactor de fusión deben volverse muy radiactivas y, a menudo, deben ser reemplazadas. ¿Cuál es la causa de estas complicaciones?

La abundancia de un elemento está asociada con la estabilidad de su núcleo y el curso de las reacciones de fusión nuclear de elementos. En consecuencia, existen reglas aproximadas que determinan la prevalencia de un elemento. Se ha observado que los elementos con masas atómicas bajas son más abundantes que los elementos pesados. Más lejos, masas atómicas los elementos más comunes se expresan en múltiplos de cuatro; los elementos con números ordinales pares son varias veces más comunes que los elementos impares vecinos.

Las perspectivas verdaderamente inmensas para el desarrollo de la base energética de la producción prometen a la sociedad dominar la reacción controlada de la fusión nuclear. Resolver el problema del control de las reacciones termonucleares está en la agenda de la ciencia soviética. Entre sus tareas se encuentra el descubrimiento de métodos para la conversión directa de energía térmica, nuclear, solar y química en energía eléctrica.

Si los protones logran acercarse entre sí a distancias r r0, entonces ocurre una reacción de fusión nuclear, los nucleones forman un sistema unido: el núcleo del átomo de deuterio. El estado ligado corresponde al modelo de una partícula en un pozo potencial. Pero este acercamiento de partículas es impedido por una barrera potencial. Para dilucidar la posibilidad de la reacción, es necesario resolver el problema del paso de partículas a través de una barrera a diferentes energías.

El litio es la fuente del isótopo pesado de hidrógeno, tritio, que se utiliza en reacciones de fusión nuclear.

Fusión termonuclear (fusión termonuclear, fusión controlada) es un método antiguo, pero aún válido, de reducir el presupuesto a escala global, capaz de dar como subproducto una fuente de cientos de energía, naves estelares y otras cosas kosher.

El prototipo funcional de la máquina milagrosa se presenta claramente en la forma del Sol girando sobre la superficie del disco terrestre. Es cierto que no podemos cortar exactamente lo mismo: para que el hidrógeno pueda realizar una reacción termonuclear por sí solo, sin un kit de carrocería, necesitamos mucho. No, MUCHO. 80 masas de Júpiter o más. Pero estamos trabajando en eso.

Plasma termonuclear.

Essence ™

Brevemente sobre lo principal. Hace mucho tiempo, Einstein extendió el ahora conocido incluso para los niños E = mc² a todos los objetos (incluidos los que se mueven a una velocidad cercana a la de la luz, sin ningún éter ni electrodinámica). Al mismo tiempo, los científicos se dieron cuenta de que dos núcleos del átomo de deuterio ²H (este es un isótopo pesado de hidrógeno) pesan un poco más que un núcleo de helio-4 4 He por una razón. Además, durante la síntesis de este mismo helio a partir del hidrógeno, la energía de enlace Δm × c², donde Δm es un defecto de masa, se aleja felizmente en forma de energía cinética de los productos de síntesis.

Básicamente, las opciones de síntesis son en realidad un poco más que un montón. Puede usar deuterio, litio y tritio, ¡lo que sea! Aquí son solo:

1. para la síntesis de elementos más pesados, necesita b O temperatura más alta;
2. en la síntesis de elementos más pesados ​​que el hierro se libera menos energía que en la síntesis de hierro.

La investigación de la fusión es en gran parte una ciencia experimental. Este no es Perelman, no se puede hacer nada sensato con tres kopeks de dinero. Necesita equipo sofisticado y costoso y un grupo de nerds negros que le darán servicio a este equipo. Todo esto necesita una gran cantidad de dinero. Y, curiosamente, se destacan. Y cuando cualquier gobierno destina dinero a algo, inevitablemente se dirige no solo a aquellos aspectos que son realmente importantes, sino también a los que se publicitan mejor. Incluso esos organizaciones científicas Quienes realmente quieren hacer algo útil a menudo se ven obligados a hacer algo "de moda" en lugar de realmente importante, porque de lo contrario no recibirán dinero.

En aras de la justicia, debe tenerse en cuenta que los costos de la fusión parecen enormes solo hasta que se los compara con todo tipo de nanotecnología y otros placeres de los aserraderos.

¿Por qué es esto incluso necesario?

Como saben, el petróleo, el carbón y el gas no durarán tanto. Además, los ecologistas están descontentos. El uranio y el torio parecen ser suficientes, pero la gente tiene miedo de algo. Y no está claro dónde depositar tantos desechos radiactivos.

La fusión, por otro lado, permite en el futuro obtener energía literalmente del agua, y el desperdicio de su trabajo será solo hidrógeno y helio ordinarios e inofensivos. Habrá tritio radiactivo dentro del reactor, pero habrá cientos de gramos de él, a diferencia de los cientos de toneladas de combustible semi-gastado en los reactores nucleares convencionales, por lo que nada como Chernobyl puede suceder incluso si el reactor de fusión explota. Pero su explosión solo es posible en caso de ataque terrorista, ya que la reacción allí, en principio, no sabe cómo desarrollarse espontáneamente.

Además, en teoría, motores de cohete, según el tema, son capaces de producir un pulso mayor que el plasma, eléctricos y todo tipo de nucleares. Eso le permite obtener un tractor adecuado para su uso en escalas planetarias e incluso interestelares con una velocidad del 10% de la luz. En el segundo caso, sin embargo, los vuelos no serán tripulados. Pero durante unos 50 años antes de la estrella más cercana, puede doshkandybat.

¿Por qué no funciona?

Para que tenga lugar la reacción de fusión, los dos núcleos deben acercarse mucho distancia cercana... Pero los núcleos tienen una carga positiva y, por lo tanto, se repelen entre sí. Para acercarlos entre sí, es necesario acelerarlos a velocidades tremendas. Una de las principales opciones para dicho overclocking es calentar a una temperatura alta. El cálculo muestra que se necesita una temperatura del orden de 10 ^ 9 Kelvin. Pero debido a la llamada "cola maxwelliana", la síntesis ya se enciende en 10 ^ 7. Esto se puede explicar popularmente de la siguiente manera, a una temperatura dada, las partículas de gas se mueven con varios las velocidades determinadas (en la región prerrelativista) por la distribución de Maxwell. Por lo tanto, incluso a una temperatura de 10 ^ 7 K, hay partículas cuyas velocidades son suficientes para superar la repulsión de Coulomb y la fusión de dos núcleos en uno. Pero a tales temperaturas, la sustancia se convierte en plasma e irradia energía muy intensamente, es decir, se enfría rápidamente.

Fusor Farnsworth

Si usted, de inmediato, está tan impaciente por llevar a cabo la fusión termonuclear y no necesita energía, entonces no es en absoluto necesario construir un mega-reactor. Un sujeto es suficiente: un pequeño dispositivo que le permite desmarcar una reacción termonuclear en su escritorio. Lo único negativo es que el fusor de Farnsworth no genera energía, sino que, por el contrario, come y es robusto. En la década de 2000 en los EE. UU. Intentaron presentar una versión mejorada del fuzor, llamada "Polywell", con la esperanza de que pudiera resolver al menos algo. No funcionó, no fartánulo, simplemente comenzó a consumir un poco menos.

Fusión fría y más

Un grupo épico de charlatanes. Y si algunos de ellos solo ofrecen sus propias "soluciones" prometedoras, mientras que otros ofrecen soluciones listas para usar, implementadas "en hardware".

Entre todos estos numerosos delirios, ocasionalmente, pero todavía hay desarrollos normales. En particular, la catálisis de muones, el uso de haces colisionantes de iones rápidos de deuterio y tritio, etc. Pero todos ellos todavía están muy lejos de obtener energía útil y en la práctica pueden usarse (y se usan) solo como fuentes de neutrones rápidos .

Reactor de fusión híbrido

Se sabe que en bombas termonucleares una capa de uranio empobrecido se utiliza a menudo para aumentar significativamente la potencia de explosión: neutrones Reacciones D-T tienen una energía tan alta que provocan la fisión incluso de isótopos pesados ​​"no fisionables". Por supuesto, surgió rápidamente la idea de aplicar el mismo principio a los reactores pacíficos.

De lo que es bueno

• La creación de una planta de energía híbrida puede iniciarse incluso mañana, ya que el uso de uranio empobrecido aumentará la liberación de energía entre 5 y 10 veces;
• Miles de toneladas de uranio empobrecido finalmente se encontrarán aplicación útil(hasta ahora están siendo disparados estúpidamente desde cañones de tanques en forma de espacios en blanco ordinarios, hacia blindajes de tanques);
• En flujos intensos de neutrones rápidos, muchos isótopos de vida larga se convierten en isótopos de vida corta, lo que hace posible procesar desechos de reactores nucleares convencionales;
• En tales reactores, puede producir una gran cantidad de uranio-238 y plutonio-239 limpios y baratos para bombas atómicas (vale la pena señalar que ocurre lo mismo en los reactores de neutrones rápidos. Y el mismo 239 Pu probablemente se usará como combustible). en reactores, ya que los reactores BN pueden fabricarlo a partir de uranio-238 inútil en grandes cantidades (o más bien, con un coeficiente de salida de 1,4-1,5)).

• En un reactor de este tipo hay cientos de toneladas de sustancias radiactivas, lo que significa que puede esperar un mar de lulz. Aunque aquí, a diferencia de los reactores de fisión, sólo pueden obtenerse con una poderosa influencia externa, aquí es imposible un desarrollo incontrolado de la reacción;
• En un reactor de este tipo, los desechos radiactivos no solo se reprocesan, sino que también se producen, que deben eliminarse en algún lugar (sin embargo, en su mayoría de corta duración, a diferencia de los reactores de fisión).

ITER

Amanecer sobre la gran obra de construcción del termonuclearismo.

El más grande en este momento unidad. Tipo - tokamak. En construcción en el sur de Francia. El nombre originalmente significaba "Reactor Experimental Termonuclear Internacional" ("Reactor Experimental Termonuclear Internacional"), pero ahora prefieren no descifrarlo en absoluto; dicen, algunos tienen malas asociaciones con la palabra "fusión". Es cierto que ya han recibido un certificado de seguridad, ni siquiera uno. A principios de 2014, una fuente comenzó a recolectar votos para la producción de un modelo LEGO. Una pieza relativamente pequeña requiere quinientos ladrillos.

pros

• Debe producir brevemente una ganancia de energía diez veces mayor. Aproximadamente tanto se necesita para una planta de energía real, solo que, por supuesto, constantemente.
• Tiene su propio sitio web. Actualizado regularmente, para que todos también puedan regocijarse regularmente por el éxito de la humanidad.
• El sitio tiene un enlace a una cámara web al lado del sitio de construcción, para que todos puedan estar convencidos (excepto en los casos en que se mira desde el otro lado) de que están trabajando allí, no aserrando. O tal vez comenzaron a cortar; desde hace bastante tiempo, por alguna razón, se han limitado a fotos relativamente regulares.

Lulz

Los físicos teóricos todavía están cagando con ladrillos, y Murphy está ensamblando una plantilla del modo H de las instalaciones de confinamiento magnético. Entonces, al alcanzar un cierto poder de calentamiento de plasma adicional en los tokamaks (y posteriormente esto también se logró en los estelaradores), la transferencia y, por lo tanto, la pérdida de energía en el plasma, se ralentiza bruscamente. Imagínese: ha estado desarrollando todo durante mucho tiempo, calculado, construyó un tokamak, ¡y de repente funciona dos veces mejor de lo esperado!

Los teóricos propusieron un montón de hipótesis sobre cómo explicar la aparición del modo H y la total discrepancia entre las fórmulas experimentales y las teóricas clásicas, incluso en el signo de la derivada, pero todavía no existe un modelo único claro. Los experimentadores acaban de descubrir cómo funciona y empezaron a parecerse a los chamanes no menos que a los administradores: de la misma forma no pueden explicar cómo funciona, pero sigue funcionando.

Aquellos a quienes les gusta buscar un significado profundo y las personas religiosas pueden pensar que esto es una señal de Di-s de que nos estamos moviendo en la dirección correcta, o que el maná moderno del cielo proviene de él.

También permite a los optimistas contar con el descubrimiento de algún modo UH en el futuro y la aparición de centrales termonucleares mucho más rápido que los pronósticos modernos. Bueno, o pesimistas, esperar la aparición de algún tipo de moda inversa, lo que hará que la situación sea aún peor de lo que era antes del descubrimiento del modo H. Y para los teóricos, por supuesto, el caso relativista chocó estrechamente con el cuántico, pero ¿qué más se necesita para la teoría de cuerdas? Tienen agujeros negros, el bosón de Higgs ahora también existe, y luego está el modo H.

Galería

Enlaces

Notas (editar)

En un futuro cercano, proyectos innovadores que utilizan superconductores modernos permitirán llevar a cabo una fusión termonuclear controlada, dicen algunos optimistas. Los expertos, sin embargo, predicen que uso práctico llevará varias décadas.

¿Por qué es tan dificil?

La energía de fusión se considera una fuente potencial, es la energía pura del átomo. Pero, ¿qué es y por qué es tan difícil de lograr? Primero, debe comprender la diferencia entre la fusión clásica y la termonuclear.

La fisión atómica significa que los isótopos radiactivos (uranio o plutonio) se fisionan y se convierten en otros isótopos altamente radiactivos, que luego deben enterrarse o reprocesarse.

La síntesis es que dos isótopos de hidrógeno, deuterio y tritio, se fusionan en un solo todo, formando helio no tóxico y un solo neutrón, sin producir desechos radiactivos.

Problema de control

Reacciones que ocurren al sol o en bomba de hidrogeno, es una fusión termonuclear, y los ingenieros se enfrentan a una tarea abrumadora: ¿cómo controlar este proceso en una central eléctrica?

Esto es en lo que los científicos han estado trabajando desde la década de 1960. Otro reactor de fusión termonuclear experimental, llamado Wendelstein 7-X, comenzó a funcionar en la ciudad de Greifswald, en el norte de Alemania. Todavía no está diseñado para crear una reacción, es solo un diseño especial que se está probando (un stellarator en lugar de un tokamak).

Plasma de alta energía

Todas las instalaciones termonucleares tienen una característica común: una forma de anillo. Se basa en la idea de utilizar potentes electroimanes para crear un fuerte campo electromagnético en forma de toro, un tubo de bicicleta inflado.

Este campo electromagnético debe ser tan denso que cuando se calienta en horno microondas hasta un millón de grados Celsius, el plasma debería aparecer en el centro mismo del anillo. Luego se enciende para que pueda comenzar la fusión.

Demostración de posibilidades

Actualmente se están llevando a cabo dos experimentos similares en Europa. Uno de ellos es Wendelstein 7-X, que recientemente generó su primer plasma de helio. El otro es ITER, una enorme planta de fusión experimental en el sur de Francia que todavía está en construcción y estará lista para entrar en funcionamiento en 2023.

Sin embargo, se supone que en el ITER se producirán reacciones nucleares reales sólo durante un breve período de tiempo y, ciertamente, no más de 60 minutos. Este reactor es solo uno de los muchos pasos hacia la puesta en práctica de la fusión nuclear.

Reactor de fusión: más pequeño y potente

Varios diseñadores anunciaron recientemente un nuevo diseño para el reactor. Según un grupo de estudiantes del MIT y representantes del fabricante de armas Lockheed Martin, la fusión termonuclear se puede realizar en instalaciones mucho más potentes y más pequeñas que el ITER, y están preparados para hacerlo dentro de diez años.

Idea nuevo diseño consiste en el uso de modernos superconductores de alta temperatura en electroimanes, que muestran sus propiedades al enfriarse con nitrógeno líquido, y no los convencionales, para lo cual una nueva tecnología más flexible permitirá cambiar por completo el diseño del reactor.

Klaus Hesch, a cargo de tecnología en el Instituto de Tecnología de Karlsruhe en el suroeste de Alemania, se muestra escéptico. Apoya el uso de nuevos superconductores de alta temperatura para nuevos diseños de reactores. Pero, según él, no basta con desarrollar algo en una computadora, teniendo en cuenta las leyes de la física. Es necesario tener en cuenta los desafíos que surgen a la hora de llevar una idea a la práctica.

Ciencia ficción

Según Hesh, el modelo de estudiante del MIT solo muestra la viabilidad de un proyecto. Pero en realidad es mucha ciencia ficción. El proyecto asume que se han resuelto los graves problemas técnicos de la fusión termonuclear. Pero ciencia moderna no tiene idea de cómo solucionarlos.

Uno de esos problemas es la idea de bobinas plegables. En el modelo de diseño del MIT, los electroimanes se pueden desmontar para entrar en el anillo que contiene plasma.

Esto sería muy útil, porque sería posible acceder y reemplazar objetos en el sistema interno. Pero en realidad, los superconductores están hechos de material cerámico. Cientos de ellos deben estar entrelazados de una manera sofisticada para formar el campo magnético correcto. Y aquí es donde surgen dificultades más fundamentales: las conexiones entre ellos no son tan simples como las de los cables de cobre. Nadie ha pensado siquiera en conceptos que ayuden a resolver este tipo de problemas.

Demasiado caliente

Las altas temperaturas también son un problema. En el núcleo del plasma termonuclear, la temperatura alcanzará unos 150 millones de grados Celsius. Este calor extremo permanece en su lugar, justo en el centro del gas ionizado. Pero incluso a su alrededor todavía hace mucho calor, de 500 a 700 grados en la zona del reactor, que es la capa interna de un tubo de metal, en el que se "reproducirá" el tritio necesario para la fusión nuclear.

Tiene un problema aún mayor: la llamada liberación de energía. Esta es la parte del sistema que recibe el combustible usado del proceso de fusión, principalmente helio. Los primeros componentes metálicos que reciben gas caliente se denominan "desviadores". Puede calentar hasta más de 2000 ° C.

Problema del desviador

Para que la instalación resista tales temperaturas, los ingenieros están tratando de utilizar el tungsteno metálico que se usa en las bombillas incandescentes anticuadas. El punto de fusión del tungsteno es de unos 3000 grados. Pero también existen otras limitaciones.

En ITER, esto se puede hacer, porque el calentamiento no ocurre constantemente en él. Se supone que el reactor funcionará solo entre el 1% y el 3% del tiempo. Pero esta no es una opción para una planta de energía que necesita operar 24 horas al día, 7 días a la semana. Y, si alguien afirma poder construir un reactor más pequeño con la misma capacidad que el ITER, es seguro decir que no tiene solución al problema del desviador.

Planta de energía en unas pocas décadas

Sin embargo, los científicos son optimistas sobre el desarrollo de reactores termonucleares, sin embargo, no será tan rápido como predicen algunos entusiastas.

El ITER debería demostrar que la fusión termonuclear controlada puede producir más energía de la que se gastaría para calentar el plasma. El siguiente paso será la construcción de una central eléctrica de demostración híbrida completamente nueva que realmente generaría electricidad.

Los ingenieros ya están trabajando en su diseño. Tendrán que aprender del ITER, cuyo lanzamiento está previsto para 2023. Dado el tiempo necesario para el diseño, la planificación y la construcción, parece poco probable que la primera planta de energía de fusión se ponga en marcha mucho antes de mediados del siglo XXI.

Fusión fría de Rossi

En 2014, una prueba independiente del reactor E-Cat concluyó que el dispositivo promedió 2.800 vatios de potencia de salida durante 32 días con un consumo de 900 vatios. Esto es más de lo que puede producir cualquier reacción química. El resultado habla de un gran avance en la fusión termonuclear o de un fraude total. El informe decepcionó a los escépticos que cuestionan si la prueba fue realmente independiente y especulan que los resultados de la prueba podrían ser falsificados. Otros se propusieron descubrir los "ingredientes secretos" que permitirían que la fusión de Rossi replicara la tecnología.

¿Es Rossi un fraude?

Andrea es imponente. Publica proclamas al mundo en un inglés único en la sección de comentarios de su sitio web, el pretendidamente titulado Journal of Nuclear Physics. Pero su anterior intentos fallidos incluía un proyecto italiano de conversión de residuos en combustible y un generador termoeléctrico. Petroldragon, un proyecto de conversión de residuos en energía, ha fracasado en parte porque el vertedero ilegal está controlado por los italianos. crimen organizado, que abrió una causa penal en su contra por violar las reglas de manejo de residuos. También creó un dispositivo termoeléctrico para el Cuerpo de Ingenieros. tropas terrestres EE. UU., Pero durante las pruebas, el dispositivo produjo solo una parte de la potencia declarada.

Muchos no confían en Rusia, y el editor en jefe del New Energy Times lo llamó delincuente con una serie de proyectos energéticos fallidos a sus espaldas.

Verificación independiente

Rossi firmó un contrato con la empresa estadounidense Industrial Heat para realizar una prueba secreta de un año de una planta de fusión en frío de 1 MW. El dispositivo era un contenedor de envío lleno de docenas de E-Cats. El experimento tuvo que ser monitoreado por un tercero que pudiera confirmar que efectivamente hubo generación de calor. Rossi afirma haber pasado la mayor parte del año pasado prácticamente viviendo en un contenedor y supervisando las operaciones durante más de 16 horas al día para demostrar la viabilidad comercial del E-Cat.

La prueba terminó en marzo. Los partidarios de Rossi esperaban ansiosos el informe de los observadores, esperando la absolución de su héroe. Pero al final consiguieron una demanda.

Prueba

En una declaración ante un tribunal de Florida, Rossi argumenta que la prueba fue exitosa y un árbitro independiente confirmó que el reactor E-Cat produce seis veces más energía de la que consume. También afirmó que Industrial Heat había acordado pagarle $ 100 millones, $ 11.5 millones por adelantado después de una prueba de 24 horas (aparentemente por derechos de licencia para que la compañía pudiera vender la tecnología en los EE. UU.) Y otros $ 89 millones después de completar con éxito una prueba. prueba extendida dentro de 350 días. Rossi acusó a IH de llevar a cabo un "plan fraudulento" destinado a robar su propiedad intelectual... También acusó a la empresa de apropiación indebida de reactores E-Cat, copia ilegal tecnologías innovadoras y productos, funcionalidad y diseños y un intento ilegal de obtener una patente para su propiedad intelectual.

Mina de oro

En otra parte, Rossi afirma que durante una de sus manifestaciones, IH recibió $ 50-60 millones de inversores y otros $ 200 millones de China después de una repetición que involucró a altos funcionarios chinos. Si esto es cierto, entonces están en juego mucho más de cien millones de dólares. Industrial Heat ha descartado estas afirmaciones por infundadas y se defenderá activamente. Más importante aún, afirma que "durante más de tres años, ha estado trabajando para validar los resultados que supuestamente Rossi logró con su tecnología E-Cat, y todo fue en vano".

IH no cree que el E-Cat funcione y el New Energy Times no ve motivos para dudarlo. En junio de 2011, un representante de la publicación visitó Italia, entrevistó a Rossi y filmó una demostración de su E-Cat. Un día después, anunció sus serias preocupaciones sobre el método para medir la producción de calor. Luego de 6 días, el periodista publicó su video en YouTube. Expertos de todo el mundo le enviaron análisis, que se publicaron en julio. Quedó claro que se trataba de un engaño.

Confirmación experimental

Sin embargo, varios investigadores, Alexander Parkhomov de la Universidad de la Amistad de los Pueblos de Rusia y el Proyecto de Memoria Martin Fleischman (MFPM), lograron reproducir la fusión termonuclear fría de Rossi. El informe del MFPM se tituló "Se acerca el fin de la era del carbono". El motivo de esta admiración fue el descubrimiento que no puede explicarse más que por una reacción termonuclear. Según los investigadores, Rossi tiene exactamente de lo que está hablando.

Viable receta abierta La fusión nuclear fría puede provocar una "fiebre del oro" energética. Se podrían encontrar métodos alternativos para eludir las patentes de Rossi y dejarlo fuera del negocio energético multimillonario.

Entonces, quizás Rossi hubiera preferido evitar esta confirmación.