Anonim

Un nuevo enfoque podría significar reacciones de fusión nuclear de equilibrio dentro de 2-3 años

Energía

Darren Quick

16 de noviembre de 2010

Un tubo de aluminio de z-pinch target instalado en la máquina Z en Sandia Labs

Incluso con todos los desarrollos que tienen lugar en áreas de energía alternativa como la energía solar y eólica, la fusión nuclear sigue siendo el santo grial de la generación de electricidad limpia. Sin embargo, después de décadas de investigación en todo el mundo que cuestan miles de millones de dólares, el objetivo de lograr una "ganancia neta", donde se produce más energía de la necesaria para desencadenar la reacción de la cadena de fusión, sigue siendo difícil de alcanzar. Ahora, los investigadores de Sandia Labs afirman un gran avance que podría ver reacciones de fusión de equilibrio en tan solo dos o tres años.

La investigación para producir energía a partir del agua de mar utilizando una fusión nuclear controlada se está llevando a cabo en varios frentes diferentes. Para unir dos núcleos atómicos ligeros con suficiente fuerza que se fusionan, lo que resulta en un núcleo más pesado y una gran cantidad de energía, algunos enfoques están considerando el uso de láseres potentes, mientras que otros se centran en imanes superconductores llamados tokamaks, en lo que es conocido como Magnetized Target Fusion (MTF).

Z-pellizco

Otro enfoque más implica Z-pellizco: un tipo de sistema de confinamiento de plasma que usa una corriente eléctrica en el plasma (esencialmente una nube de iones) para generar un campo magnético que lo comprime. El método de pellizco, que Sandia llama un contendiente de caballo oscuro en la carrera de fusión, contrae el plasma de manera tan repentina y apretada que los isótopos de hidrógeno del agua de mar, colocados en una cápsula dentro del plasma, deberían fusionarse.

Hasta ahora, las inestabilidades conocidas como inestabilidades magneto-Rayleigh-Taylor (MRT), que surgen cuando se usan fuerzas electromagnéticas para pellizcar el plasma, han demostrado ser un impedimento para el proceso. Esta inestabilidad riza rápidamente el plasma que se contrae cilíndricamente hasta que se asemeja a una serie de salchichas u otras formas igualmente inútiles, lo que provoca una pérdida de la perfecta simetría de las fuerzas necesarias para fusionar el material.

Entonces, aunque los picos de Z rápidos, que tienen lugar en menos de 100 nanosegundos, ya han demostrado ser exitosos en la creación de la fusión, (como lo demuestra la producción de algunos neutrones), la inestabilidad de MRT ha sido la razón principal por la que no se han producido suficientes neutrones para Proporcionar una fuente de energía eléctrica confiable.

Alambre vs forro de aluminio sólido

Tradicionalmente, los científicos usarían una serie de cables de araña para crear una nube de iones de generación de rayos X comprimida. Las radiografías se usaron para comprimir el combustible de fusión. Se sabía que los cables eran la fuente del problema de MRT, porque incluso las caídas minúsculas en una superficie portadora actual (imperfecciones de apenas 10 nanómetros en amplitud) pueden crecer exponencialmente en amplitud a escalas milimétricas.

Debido a que era imposible reproducir de manera confiable tales imperfecciones con los cables para permitirles estudiar la inestabilidad, el investigador de Steve Sandia, Slutz, sugirió que las fuerzas de pellizco magnético podrían usarse para fusionar directamente el combustible comprimiendo un revestimiento de aluminio sólido alrededor del material de fusión precalentado por un láser. .

Si bien el grabado preciso no era una opción para los arreglos de cables frágiles, los investigadores podrían grabar el revestimiento de aluminio, creando inestabilidades en el grado que quisieran, lo que les permite medir el crecimiento de las inestabilidades de MRT. Estos nuevos datos podrían utilizarse para crear simulaciones más precisas y permitir a los investigadores modificar mejor las condiciones de los futuros disparos de Z, combatiendo de manera más efectiva el efecto de la inestabilidad.

Los investigadores creen que con los revestimientos gruesos y el control del MRT, la máquina Z podría alcanzar un rendimiento de 100 kilojulios para igualar la entrada de 100 kilojulios en tan solo dos o tres años.

"Eso sería un punto de equilibrio científico", dijo el líder del proyecto, Daniel Sinars. "Nadie ha logrado eso".

La investigación de Sandia Labs se publicó en un artículo en la edición del 29 de octubre de Physical Review Letters .

Un tubo de aluminio de z-pinch target instalado en la máquina Z en Sandia Labs

Recomendado La Elección Del Editor