Fusión aneutrónica - Aneutronic fusion

Litio-6 - reacción de fusión de deuterio : una reacción de fusión aneutrónica, con energía liberada transportada por partículas alfa , no neutrones.

La fusión aneutrónica es cualquier forma de poder de fusión en la que los neutrones transportan muy poca energía liberada. Mientras que las reacciones de fusión nuclear de umbral más bajo liberan hasta el 80% de su energía en forma de neutrones , las reacciones aneutrónicas liberan energía en forma de partículas cargadas, típicamente protones o partículas alfa . Una fusión aneutrónica exitosa reduciría en gran medida los problemas asociados con la radiación de neutrones , como la radiación ionizante dañina , la activación de neutrones y los requisitos de protección biológica, manipulación remota y seguridad.

Dado que es más sencillo convertir la energía de las partículas cargadas en energía eléctrica que convertir la energía de las partículas no cargadas, una reacción aneutrónica sería atractiva para los sistemas de energía. Algunos proponentes ven un potencial de reducciones de costos dramáticas al convertir la energía directamente en electricidad, así como al eliminar la radiación de los neutrones, que son difíciles de proteger. Sin embargo, las condiciones necesarias para aprovechar la fusión aneutrónica son mucho más extremas que las necesarias para la fusión deuterio-tritio que se investiga en ITER o Wendelstein 7-X .

Reacciones de los candidatos

Varias reacciones nucleares no producen neutrones en ninguna de sus ramas. Aquellos con las secciones transversales más grandes son estos:

Definición

Las reacciones de fusión se pueden clasificar por la neutronicidad de la reacción, la fracción de la energía de fusión liberada como neutrones. Este es un indicador importante de la magnitud de los problemas asociados con los neutrones, como el daño por radiación, el blindaje biológico, la manipulación remota y la seguridad. El estado de Nueva Jersey ha definido una reacción aneutrónica como aquella en la que los neutrones no transportan más del 1% de la energía total liberada, aunque muchos artículos sobre la fusión aneutrónica incluyen reacciones que no cumplen con este criterio.

Tasas de reacción

La dificultad de una reacción de fusión se caracteriza por la energía necesaria para que los núcleos superen su repulsión electrostática mutua, la llamada barrera de Coulomb . Esta es una función de la carga eléctrica total de los iones de combustible y, por lo tanto, se minimiza para aquellos iones con el menor número de protones . Contrarrestar la repulsión electrostática es la fuerza nuclear , que aumenta con el número de nucleones.

En la mayoría de los conceptos de reactores de fusión, la energía necesaria para superar la barrera de Coulomb proviene de las colisiones con otros iones combustibles. En un fluido termalizado como un plasma, la temperatura corresponde a un espectro de energía según la distribución de Maxwell-Boltzmann . Los gases en este estado tendrán una población de partículas con una energía muy alta, incluso si la mayor parte del gas tiene una energía promedio mucho menor. Los dispositivos Fusion dependen de esta distribución; incluso a temperaturas a granel muy por debajo de la energía de la barrera de Coulomb, la energía liberada por las reacciones es tan grande que la captura de parte de eso en el combustible hará que la población de iones de alta energía dentro de él sea lo suficientemente alta como para mantener la reacción.

Por tanto, el funcionamiento estable del reactor se basa en un equilibrio entre la velocidad a la que se añade energía al combustible mediante las reacciones de fusión y la velocidad a la que se pierde energía en el entorno a través de una amplia variedad de procesos. Este concepto se expresa mejor como el producto triple de fusión , el producto de la temperatura, la densidad y el "tiempo de confinamiento", la cantidad de tiempo que la energía permanece en el combustible antes de escapar al medio ambiente. El producto de temperatura y densidad da la velocidad de reacción para cualquier combustible dado. La velocidad de reacción es proporcional a la sección transversal nuclear ("σ").

Cualquier dispositivo de fusión tiene una presión de plasma máxima que puede soportar, y un dispositivo económico siempre funcionaría cerca de este máximo. Dada esta presión, la mayor salida de fusión se obtiene cuando se elige la temperatura de manera que <σv> / T ² sea ​​un máximo. Esta es también la temperatura a la que el valor del producto triple nT τ requerido para la ignición es mínimo, ya que ese valor requerido es inversamente proporcional a <σv> / T ² (ver criterio de Lawson ). Un plasma se "enciende" si las reacciones de fusión producen suficiente energía para mantener la temperatura sin calentamiento externo.

Debido a que la barrera de Coulomb es un producto del número de nucleones en los iones del combustible, las variedades de hidrógeno pesado, deuterio y tritio (DT) dan el combustible con la barrera de Coulomb total más baja. Todos los demás combustibles potenciales tendrán una barrera de Coulomb más alta y, por lo tanto, requerirán temperaturas operativas más altas. Además, los combustibles DT tienen las secciones transversales nucleares más altas, lo que significa que las velocidades de reacción serán más altas que cualquier otro combustible. Esto significa que la fusión DT es la más fácil de lograr y se puede comparar el potencial de otros combustibles comparándolo con la reacción DT. La siguiente tabla muestra la temperatura de ignición y la sección transversal de tres de las reacciones aneutrónicas candidatas, en comparación con DT:

Como puede verse, la más fácil de encender de las reacciones aneutrónicas, D- ³ He, tiene una temperatura de ignición cuatro veces más alta que la de la reacción DT, y secciones transversales correspondientemente más bajas, mientras que la reacción p- ¹¹ B es casi diez veces más difícil de encender.

Desafíos técnicos

Aún quedan muchos desafíos antes de la comercialización de procesos aneutrónicos.

Temperatura

La gran mayoría de la investigación sobre fusión se ha dirigido hacia la fusión DT, que es la más fácil de lograr. Aunque los primeros experimentos en el campo comenzaron en 1939, y se han realizado esfuerzos serios desde principios de la década de 1950, a partir de 2020 todavía estamos a muchos años de alcanzar el punto de equilibrio utilizando incluso este combustible. Los experimentos de fusión suelen utilizar fusión de deuterio-deuterio (DD) porque el deuterio es barato y fácil de manipular, ya que no es radiactivo. Realizar experimentos de fusión DT es más difícil porque el tritio es caro y radiactivo, con medidas de seguridad y protección medioambiental adicionales.

La combinación de una sección transversal más baja y tasas de pérdida más altas en la fusión de D-He3 se compensa hasta cierto punto porque los reactivos son principalmente partículas cargadas que depositan su energía de nuevo en el plasma. Esta combinación de funciones de compensación exige una temperatura de funcionamiento aproximadamente cuatro veces superior a la de un sistema DT. Sin embargo, debido a las altas tasas de pérdida y el consiguiente ciclo rápido de energía, el tiempo de confinamiento de un reactor en funcionamiento debe ser aproximadamente cincuenta veces mayor que el DT y la densidad de energía aproximadamente 80 veces mayor. Esto requiere avances significativos en la física del plasma.

La fusión protón-boro requiere energías iónicas y, por lo tanto, temperaturas del plasma, casi diez veces superiores a las de la fusión DT. Para cualquier densidad dada de los núcleos reactivos, la velocidad de reacción del protón-boro alcanza su velocidad máxima en alrededor de 600 keV (6,6 mil millones de grados Celsius o 6,6 gigakelvins ) mientras que el DT tiene un pico alrededor de 66 keV (765 millones de grados Celsius o 0,765). gigakelvin). Para los conceptos de confinamiento con presión limitada, las temperaturas óptimas de funcionamiento son aproximadamente 5 veces más bajas, pero la relación sigue siendo aproximadamente de diez a uno.

Balance de poder

La velocidad máxima de reacción de p- ¹¹ B es sólo un tercio de la de DT, lo que requiere un mejor confinamiento del plasma. El confinamiento se caracteriza generalmente por el tiempo τ en que debe retenerse la energía para que la potencia de fusión liberada supere la potencia necesaria para calentar el plasma. Se pueden derivar varios requisitos, más comúnmente el producto de la densidad, n τ, y el producto con la presión nT τ, los cuales se denominan criterio de Lawson . El n τ requerido para p– ¹¹ B es 45 veces mayor que el de DT. El nT τ requerido es 500 veces mayor. (Véase también neutronicidad, requisito de confinamiento y densidad de potencia ). Dado que las propiedades de confinamiento de los enfoques de fusión convencionales, como el tokamak y la fusión de pellets láser, son marginales, la mayoría de las propuestas aneutrónicas utilizan conceptos de confinamiento radicalmente diferentes.

En la mayoría de los plasmas de fusión, la radiación bremsstrahlung es un importante canal de pérdida de energía. (Véase también pérdidas de bremsstrahlung en plasmas isotrópicos cuasineutrales .) Para la reacción p– ¹¹ B, algunos cálculos indican que la potencia de bremsstrahlung será al menos 1,74 veces mayor que la potencia de fusión. La relación correspondiente para el ³ He- ³ reacción que es sólo ligeramente más favorable a 1,39. Esto no es aplicable a plasmas no neutros y es diferente a plasmas anisotrópicos.

En los diseños de reactores convencionales, ya sea que se basen en confinamiento magnético o inercial , la bremsstrahlung puede escapar fácilmente del plasma y se considera un término de pérdida de energía pura. El panorama sería más favorable si el plasma pudiera reabsorber la radiación. La absorción se produce principalmente a través de la dispersión de Thomson en los electrones , que tiene una sección transversal total de σ _T = 6,65 × 10 ⁻²⁹ m². En una mezcla de 50-50 DT, esto corresponde a un rango de 6,3 g / cm². Esto es considerablemente más alto que el criterio de Lawson de ρ R > 1 g / cm², que ya es difícil de alcanzar, pero podría lograrse en sistemas de confinamiento inercial.

En los campos magnéticos de megatesla , un efecto mecánico cuántico podría suprimir la transferencia de energía de los iones a los electrones. Según un cálculo, las pérdidas bremsstrahlung podrían reducirse a la mitad de la potencia de fusión o menos. En un campo magnético fuerte, la radiación de ciclotrón es incluso mayor que la bremsstrahlung. En un campo de megatesla, un electrón perdería su energía a la radiación del ciclotrón en unos pocos picosegundos si la radiación pudiera escapar. Sin embargo, en una suficientemente densa plasma ( n _e > 2,5 × 10 ³⁰ m ^-3 , una mayor densidad que la de un sólido), la frecuencia de ciclotrón es menor que el doble de la frecuencia del plasma . En este caso bien conocido, la radiación del ciclotrón queda atrapada dentro del plasmoide y no puede escapar, excepto por una capa superficial muy fina.

Si bien aún no se han logrado campos de megatesla, se han producido campos de 0.3 megatesla con láseres de alta intensidad, y se han observado campos de 0.02-0.04 megatesla con el dispositivo de enfoque de plasma denso .

A densidades mucho más altas ( n _e > 6,7 × 10 ³⁴ m ⁻³ ), los electrones serán degenerados en Fermi , lo que suprime las pérdidas de bremsstrahlung, tanto directamente como reduciendo la transferencia de energía de los iones a los electrones. Si se pueden lograr las condiciones necesarias, puede ser posible la producción neta de energía a partir del combustible p– ¹¹ B o D– ³ He. Sin embargo, la probabilidad de un reactor factible basado únicamente en este efecto sigue siendo baja, porque se predice que la ganancia será inferior a 20, mientras que por lo general se considera necesario más de 200.

Densidad de poder

En cada diseño de planta de energía de fusión publicado, la parte de la planta que produce las reacciones de fusión es mucho más cara que la parte que convierte la energía nuclear en electricidad. En ese caso, como de hecho en la mayoría de los sistemas de energía, la densidad de energía es una característica importante. Duplicar la densidad de energía al menos reduce a la mitad el costo de la electricidad. Además, el tiempo de confinamiento requerido depende de la densidad de potencia.

Sin embargo, no es trivial comparar la densidad de potencia producida por diferentes ciclos de combustible de fusión. El caso más favorable para p– ¹¹ B en relación con el combustible DT es un dispositivo de confinamiento (hipotético) que solo funciona bien a temperaturas de iones superiores a aproximadamente 400 keV, en el que el parámetro de velocidad de reacción <σ v > es igual para los dos combustibles, y que funciona con baja temperatura de electrones. p– ¹¹ B no requiere un tiempo de confinamiento tan largo porque la energía de sus productos cargados es dos veces y media más alta que la de DT. Sin embargo, relajar estas suposiciones, por ejemplo, considerando electrones calientes, permitiendo que la reacción de DT se ejecute a una temperatura más baja o incluyendo la energía de los neutrones en el cálculo, cambia la ventaja de la densidad de potencia a DT.

La suposición más común es comparar densidades de potencia a la misma presión, eligiendo la temperatura de los iones para cada reacción para maximizar la densidad de potencia y con la temperatura de los electrones igual a la temperatura de los iones. Aunque los esquemas de confinamiento pueden estar limitados y a veces están limitados por otros factores, la mayoría de los esquemas bien investigados tienen algún tipo de límite de presión. Bajo estos supuestos, la densidad de potencia para p– ¹¹ B es aproximadamente 2100 veces menor que la de DT. El uso de electrones fríos reduce la relación a aproximadamente 700. Estos números son otra indicación de que la energía de fusión aneutrónica no es posible con los conceptos de confinamiento de línea principal.

Investigar

• Lawrenceville Plasma Physics ha publicado los resultados iniciales y ha esbozado una teoría y un programa experimental para la fusión aneutrónica con el Dense Plasma Focus (DPF). El esfuerzo privado fue financiado inicialmente por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA . El apoyo para otras investigaciones de fusión aneutrónica DPF provino del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea .
• La fusión de Polywell fue iniciada por el difunto Robert W. Bussard y financiada por la Marina de los EE. UU. , Utiliza confinamiento electrostático inercial . La investigación continúa en la empresa que fundó, EMC2.
• Tri Alpha Energy, Inc. está buscando la fusión aneutrónica en el Reactor de fusión de haz de colisión (CBFR) basada en el calentamiento electromagnético, la aceleración, la colisión y la fusión de dos toroides compactos en configuración de campo invertido a velocidades supersónicas.
• El Z-máquina en Sandia National Laboratory , una z-pinch dispositivo, puede producir iones de energías de interés para las reacciones de hidrógeno-boro, de hasta 300 keV. Los plasmas que no están en equilibrio generalmente tienen una temperatura de electrones más alta que la temperatura de sus iones, pero el plasma en la máquina Z tiene un estado especial de no equilibrio revertido, en el que la temperatura de los iones es 100 veces mayor que la temperatura de los electrones . Estos datos representan un nuevo campo de investigación e indican que las pérdidas de Bremsstrahlung podrían ser de hecho más bajas de lo que se esperaba anteriormente en un diseño de este tipo.
• HB11 Energy , una empresa derivada de Australia creada en septiembre de 2017. Desarrolla una técnica de protón-boro impulsada por láser de amplificación de pulso de chirrido dual con una reacción de avalancha que ofrece una mejora en el rendimiento de fusión mil millones de veces mayor en comparación con otros sistemas de fusión por confinamiento inercial anteriores . Posee las patentes del físico teórico de la UNSW , Heinrich Hora .

Ninguno de estos esfuerzos ha probado aún su dispositivo con combustible de hidrógeno-boro, por lo que el rendimiento anticipado se basa en la extrapolación de la teoría, resultados experimentales con otros combustibles y de simulaciones.

• Un pulso de picosegundos de un láser de 10 teravatios produjo fusiones aneutrónicas de hidrógeno-boro para un equipo ruso en 2005. Sin embargo, el número de partículas α resultantes (alrededor de ¹⁰³ por pulso láser) fue bajo.
• Un equipo de investigación francés fusionó protones y núcleos de boro-11 utilizando un haz de protones acelerado por láser y un pulso de láser de alta intensidad . En octubre de 2013 informaron de un estimado de 80 millones de reacciones de fusión durante un pulso láser de 1,5 nanosegundos.
• En 2016, un equipo de la Academia China de Ciencias de Shanghái produjo un pulso láser de 5,3 petavatios con la instalación de láser ultrarrápido superintenso (SULF) y podría alcanzar los 10 petavatios con el mismo equipo. El equipo ahora está construyendo un láser de 100 petavatios, la Estación de Luz Extrema (SEL) planeada para estar operativa en 2023. Podría producir antipartículas ( pares de electrones y positrones ) a partir del vacío . También existe un proyecto europeo similar para el mismo período de tiempo, un láser de 200 PW conocido como Extreme Light Infrastructure (ELI). Aunque estos dos proyectos no involucran actualmente la investigación de fusión aneutrónica, muestran cómo la energía nuclear aneutrónica podría beneficiarse de la carrera hacia láseres de exavatios ( 10 ¹⁸ W) e incluso zettavatios ( 10 ²¹ W).
• En 2021, un equipo ruso informó resultados experimentales en un dispositivo en miniatura con confinamiento de plasma electrodinámico (oscilatorio) . Utilizaba una descarga de vacío de ∼1–2 J nanosegundos con un cátodo virtual. Su campo acelera los iones a ∼100–300 keV bajo colisiones de iones oscilantes. Se obtuvieron partículas α de aproximadamente 5 × 104 / 4π (∼10α partículas / ns) dentro de un total de 4 µs de las aplicaciones de voltaje.

Combustibles candidatos

Helio-3

La reacción ³ He-D se ha estudiado como plasma de fusión alternativo porque es el combustible con el umbral de energía más bajo para la reacción de fusión aneutrónica.

Las velocidades de reacción de p– ⁶ Li, ³ He– ⁷ Li y ³ He– ³ He no son particularmente altas en un plasma térmico. Sin embargo, cuando se tratan como una cadena, ofrecen la posibilidad de una reactividad mejorada debido a una distribución no térmica . El producto ³ He de la reacción p– ⁶ Li podría participar en la segunda reacción antes de termalizar, y el producto p de ³ He– ⁷ Li podría participar en la primera antes de termalizar. Sin embargo, los análisis detallados no muestran una mejora de la reactividad suficiente para superar la sección transversal inherentemente baja.

La reacción del ³ He adolece de un problema de disponibilidad de helio-3. El helio-3 se produce en cantidades minúsculas de forma natural en la Tierra, por lo que tendría que obtenerse de reacciones de neutrones (contrarrestando la ventaja potencial de la fusión aneutrónica) o extraerse de fuentes extraterrestres.

La cantidad de combustible de helio-3 necesaria para aplicaciones a gran escala también se puede describir en términos de consumo total: según la Administración de Información de Energía de EE. UU. , "El consumo de electricidad de 107 millones de hogares estadounidenses en 2001 ascendió a 1,140 billones de kW · h" (1,14 x 10 ¹⁵  W · h ). Suponiendo nuevamente una eficiencia de conversión del 100%, se necesitarían 6,7 toneladas por año de helio-3 para ese segmento de la demanda de energía de los Estados Unidos, de 15 a 20 toneladas por año dada una eficiencia de conversión de extremo a extremo más realista. Extraer esa cantidad de helio-3 puro implicaría procesar 2 mil millones de toneladas de material lunar por año, incluso asumiendo una tasa de recuperación del 100%.

Deuterio

Aunque las reacciones de deuterio (deuterio + helio-3 y deuterio + litio-6) no liberan neutrones en sí mismas, en un reactor de fusión el plasma también produciría reacciones secundarias DD que dan como resultado un producto de reacción de helio-3 más un neutrón. Aunque la producción de neutrones se puede minimizar ejecutando una reacción de plasma caliente y pobre en deuterio, la fracción de energía liberada como neutrones es probablemente varios por ciento, de modo que estos ciclos de combustible, aunque pobres en neutrones, no alcanzan el umbral del 1%. Ver helio-3 . La reacción D- ³ He también sufre el problema de disponibilidad de combustible del ³ He, como se discutió anteriormente.

Litio

Las reacciones de fusión que involucran litio están bien estudiadas debido al uso de litio para criar tritio en armas termonucleares . Tienen una dificultad de ignición intermedia entre las reacciones que involucran especies de menor número atómico, H y He, y la reacción ¹¹ B.

La reacción p– ⁷ Li, aunque muy enérgica, libera neutrones debido a la alta sección transversal de la reacción alternativa de producción de neutrones ¹ p + ⁷ Li → ⁷ Be + n

Boro

Muchos estudios de fusión aneutrónica se concentran en la reacción p- ¹¹ B, que utiliza combustible relativamente fácil de conseguir. La fusión del núcleo de boro con un protón produce partículas alfa energéticas (núcleos de helio).

Dado que la ignición de la reacción p- ¹¹ B es mucho más difícil que la reacción DT estudiada en la mayoría de los programas de fusión, generalmente se proponen alternativas a los reactores de fusión tokamak habituales, como la fusión por confinamiento inercial con láser . Un método propuesto utiliza un láser para crear un plasma de boro-11 y otro para crear una corriente de protones que chocan contra el plasma. El haz de protones produce un aumento de diez veces en la fusión de boro porque los protones y los núcleos de boro chocan directamente. Los métodos anteriores utilizaban un objetivo de boro sólido, "protegido" por sus electrones, lo que reducía la velocidad de fusión. Los experimentos sugieren que un pulso láser a escala de petavatios podría desencadenar una reacción de fusión de "avalancha", aunque esto sigue siendo controvertido. El plasma dura aproximadamente un nanosegundo , lo que requiere que el pulso de protones de picosegundos esté sincronizado con precisión. A diferencia de los métodos convencionales, este enfoque no requiere un plasma confinado magnéticamente. El haz de protones está precedido por un haz de electrones, generado por el mismo láser, que empuja los electrones en el plasma de boro, lo que permite que los protones colisionen con los núcleos de boro y se fusionen.

Radiación residual

Los cálculos muestran que al menos el 0,1% de las reacciones en un plasma térmico p- ¹¹ B producen neutrones, y la energía de estos neutrones representa menos del 0,2% de la energía total liberada.

Estos neutrones provienen principalmente de la reacción:

¹¹ B + α → ¹⁴ N + n + 157 keV

La reacción en sí produce solo 157 keV, pero el neutrón transporta una gran fracción de la energía alfa, cercana a la _fusión E / 3 = 2,9 MeV . Otra fuente importante de neutrones es:

¹¹ B + p → ¹¹ C + n - 2,8 MeV.

Estos neutrones son menos energéticos, con una energía comparable a la temperatura del combustible. Además, el ¹¹ C en sí mismo es radiactivo, pero se desintegra rápidamente en ¹¹ B con una vida media de solo 20 minutos.

Dado que estas reacciones involucran los reactivos y productos de la reacción de fusión primaria, sería difícil reducir aún más la producción de neutrones en una fracción significativa. Un ingenioso esquema de confinamiento magnético podría, en principio, suprimir la primera reacción extrayendo los alfas tan pronto como se creen, pero entonces su energía no estaría disponible para mantener el plasma caliente. En principio, la segunda reacción podría suprimirse con respecto a la fusión deseada eliminando la cola de alta energía de la distribución de iones, pero esto probablemente estaría prohibido por la potencia requerida para evitar que la distribución se termalice.

Además de los neutrones, bremsstrahlung produce grandes cantidades de rayos X duros , y la reacción de fusión produce rayos gamma de 4, 12 y 16 MeV.

¹¹ B + p → ¹² C + γ + 16,0 MeV

con una probabilidad de ramificación relativa a la reacción de fusión primaria de aproximadamente 10 ^-4 .

El hidrógeno debe ser isotópicamente puro y la entrada de impurezas en el plasma debe controlarse para evitar reacciones secundarias productoras de neutrones como:

¹¹ B + d → ¹² C + n + 13,7 MeV

d + d → ³ He + n + 3,27 MeV

El diseño de blindaje reduce la dosis ocupacional de radiación de neutrones y gamma a un nivel insignificante. Los componentes principales serían agua para moderar los neutrones rápidos, boro para absorber los neutrones moderados y metal para absorber los rayos X. Se estima que el espesor total es de aproximadamente un metro, principalmente agua.

Captura de energía

La fusión aneutrónica produce energía en forma de partículas cargadas en lugar de neutrones . Esto significa que la energía de la fusión aneutrónica podría capturarse mediante conversión directa en lugar del ciclo de vapor . Las técnicas de conversión directa pueden ser inductivas, basadas en cambios en los campos magnéticos, electrostáticas, basadas en el enfrentamiento de partículas cargadas contra un campo eléctrico, o fotoeléctricas, en las que se captura la energía luminosa. En modo pulsado.

La conversión electrostática directa utiliza el movimiento de partículas cargadas para crear voltaje . Este voltaje impulsa la electricidad en un cable. Esto se convierte en energía eléctrica, lo contrario de la mayoría de los fenómenos que utilizan un voltaje para poner una partícula en movimiento. La conversión de energía directa hace lo contrario, utilizando el movimiento de partículas para producir un voltaje. Se ha descrito como un acelerador lineal que corre al revés. Uno de los primeros partidarios de este método fue Richard F. Post, de Lawrence Livermore . Propuso capturar la energía cinética de las partículas cargadas a medida que se agotan de un reactor de fusión y convertir esto en voltaje para impulsar la corriente. Post ayudó a desarrollar los fundamentos teóricos de la conversión directa, demostrados más tarde por Barr y Moir. Demostraron una eficiencia de captura de energía del 48 por ciento en el Experimento Tandem Mirror en 1981.

La fusión aneutrónica pierde gran parte de su energía en forma de luz. Esta energía resulta de la aceleración y desaceleración de partículas cargadas. Estos cambios de velocidad pueden ser causados ​​por radiación de Bremsstrahlung o radiación de ciclotrón o radiación de sincrotrón o interacciones de campo eléctrico. La radiación se puede estimar utilizando la fórmula de Larmor y se presenta en los espectros de rayos X, IR, UV y visible. Parte de la energía irradiada como rayos X se puede convertir directamente en electricidad. Debido al efecto fotoeléctrico , los rayos X que atraviesan una serie de láminas conductoras transfieren parte de su energía a los electrones, que luego pueden capturarse electrostáticamente. Dado que los rayos X pueden atravesar un espesor de material mucho mayor que los electrones, se necesitan muchos cientos o miles de capas para absorberlos.

Ver también

• Historia de la fusión nuclear

Referencias

enlaces externos

• Focus Fusion Society
• Prototipo de fusión protón-boro
• Fusión aneutrónica en un plasma degenerado
• Los láseres desencadenan una fusión más limpia (news@nature.com, 26 de agosto de 2005)
• Observación de reacciones de fusión sin neutrones en plasmas láser de picosegundos (Physical Review E 72, 2005)
• Nuevas oportunidades para la fusión en el siglo XXI: combustibles avanzados , GL Kulcinski y JFSantarius, 14ª reunión temática sobre la tecnología de la energía de fusión, del 15 al 19 de octubre de 2000,