El Lockheed Martin compacto reactor de fusión ( CFR ) es un proyecto de reactor de fusión nuclear propuesta en Lockheed Martin ‘s Skunk Works . [1] Su configuración de beta alta , que implica que la relación entre la presión de plasma y la presión magnética es mayor o igual a 1 (en comparación con el 0.05 de los diseños de tokamak ), permite un diseño de reactor de fusión compacto (CFR) y un desarrollo acelerado.
El diseñador jefe de CFR y líder del equipo técnico, Thomas McGuire [2] estudió la fusión como una fuente de propulsión espacial en respuesta al deseo de la NASA de mejorar los tiempos de viaje a Marte. [3] [4] [5]
Historia
El proyecto comenzó en 2010, [6] y se presentó públicamente en el foro Google Solve for X el 7 de febrero de 2013. En octubre de 2014, Lockheed Martin anunció un plan para "construir y probar un reactor de fusión compacto en menos de un año con un prototipo a seguir dentro de cinco años ". [7] En mayo de 2016, Rob Weiss anunció que Lockheed Martin seguía apoyando el proyecto y que aumentaría su inversión en él. [8] [9]
Diseño
CFR planea lograr una beta alta (la relación entre la presión del plasma y la presión magnética) combinando el confinamiento de las cúspides y los espejos magnéticos para confinar el plasma. Las cúspides son campos magnéticos fuertemente doblados. Idealmente, el plasma forma una vaina a lo largo de la superficie de las cúspides y el plasma se escapa a lo largo del eje y los bordes del campo muy curvado. [10] El plasma perdido a lo largo de los bordes se recicla hacia las cúspides.
CFR utiliza dos juegos de espejos. Se coloca un par de espejos anulares dentro de la vasija del reactor cilíndrica en cada extremo. El otro juego de espejos rodea el cilindro del reactor. Los imanes de anillo producen un tipo de campo magnético conocido como cúspide diamagnética , en el que las fuerzas magnéticas cambian rápidamente de dirección y empujan los núcleos hacia el punto medio entre los dos anillos. Los campos de los imanes externos empujan los núcleos hacia los extremos del vaso.
La intensidad del campo magnético es una función creciente de la distancia desde el centro. Esto implica que a medida que la presión del plasma hace que el plasma se expanda, el campo magnético se vuelve más fuerte en el borde del plasma, aumentando la contención. [8]
CFR emplea imanes superconductores . Estos permiten crear campos magnéticos fuertes con menos energía que los imanes convencionales. El CFR no tiene corriente neta, lo que, según Lockheed, elimina la principal fuente de inestabilidades del plasma. El plasma tiene una relación superficie-volumen favorable, lo que mejora el confinamiento. El pequeño volumen del plasma reduce la energía necesaria para lograr la fusión.
El proyecto prevé sustituir los emisores de microondas que calientan el plasma en sus prototipos por inyección de haz neutro , en el que átomos de deuterio eléctricamente neutros transfieren su energía al plasma. Una vez iniciada, la energía de la fusión mantiene la temperatura necesaria para posteriores eventos de fusión. [6]
El eventual dispositivo puede alcanzar 21 m de ancho. [8] La empresa afirma que cada iteración de diseño es más corta y tiene un coste mucho menor que los proyectos a gran escala como el Joint European Torus , ITER o NIF . [11]
A P- ésimo reactor de 200 MW ,18 m de largo por7 m de diámetro, produce alrededor deReactor de 2000 toneladas , similar en tamaño a un reactor de fisión submarino nuclear de A5W . [12] [13]
Desafíos
Los imanes de anillo requieren protección contra la radiación de neutrones del plasma. Las temperaturas del plasma deben alcanzar muchos millones de kelvin . Los imanes superconductores deben mantenerse justo por encima del cero absoluto para mantener la superconductividad . [6]
El componente de manta que recubre la vasija del reactor tiene dos funciones: captura los neutrones y transfiere su energía a un refrigerante, y fuerza a los neutrones a chocar con los átomos de litio , transformándolos en tritio para alimentar el reactor. La manta debe tener un grosor estimado de 80 a 150 cm y pesar entre 300 y 1000 toneladas. [6]
Prototipos
Se planeó que el prototipo fuera un reactor de deuterio y tritio de 100 megavatios que midiera 7 por 10 pies (2,1 por 3,0 m) que pudiera caber en la parte trasera de un camión grande y tendría aproximadamente una décima parte del tamaño de los prototipos de reactores actuales. 100 megavatios son suficientes para proporcionar energía a 80.000 personas. [8] [14] Se construyó una serie de prototipos para alcanzar este objetivo.
T-4
Los resultados técnicos presentados en el experimento T4 en 2015 mostraron un plasma frío parcialmente ionizado con los siguientes parámetros: temperatura máxima de electrones de 20 electronvoltios ,10 16 m −3 densidad de electrones, menos del 1% de fracción de ionización y3 kW de potencia de entrada. No se presentaron tasas de reacción de confinamiento o fusión. [ cita requerida ]
McGuire presentó dos conceptos de reactores teóricos en 2015. Uno era una configuración ideal que pesaba 200 toneladas métricas con 1 metro de protección contra la radiación criogénica y 15 imanes tesla . La otra era una configuración conservadora que pesaba 2.000 toneladas métricas, con 2 metros de protección contra la radiación criogénica y 5 imanes tesla. [15]
T4B
El prototipo T4B se anunció en 2016. [12]
Parámetros:
- 1 m de diámetro × 2 m de largo
- Potencia de calentamiento de haz neutro H de 1 MW, 25 keV
- 3 ms de duración
- Asumir 500 kW se convierten en iones rápidos.
- n =5 × 10 19 m −3
- β = 1 (campo = 0,1 T )
- V = 0,2 m 3 ,1170 J de energía total
- Pico T i =75 eV
- Pico T e =250 eV
- Pérdida máxima de la vaina = 228 kW , aproximadamente igual a P ei
- Pérdida de cúspide del anillo pico = 15 kW
- Pérdida de cúspide axial máxima = 1 kilovatio
Reactor TX
Parámetros:
- Mantas de 7 m de diámetro × 18 m de largo, 1 m de grosor
- 320 MW brutos
- 40 MW de potencia de calefacción, 2,3 s
- n =5 × 10 20 m −3
- β = 1 (campo = 2,3 T)
- V = 16,3 m 3 , 51 MJ de energía total
- T i = 9,6 keV
- T e = 12,6 keV
T5
En julio de 2019, la revista Aviation Week & Space Technology , anunció en su sitio web " Lockheed Martin 's Skunk Works Building Large Fusion Reactor". [16] Jeff Babione, vicepresidente y gerente general de Skunk Works [17] , declaró: "Este año estamos construyendo otro reactor, el T5, que será un reactor significativamente más grande y más poderoso que nuestro T4. tenerlo en línea hacia fines de este año, por lo que será otro salto significativo en la capacidad y para demostrar que la física que subyace a nuestro concepto funciona ". [18]
El reactor T5 se utilizará para mostrar principalmente el calentamiento y el inflado del plasma, así como para medir la profundidad de la vaina magnetizada atrapada que protege las paredes del plasma. También ayudará a medir las pérdidas asociadas con el lugar donde los límites de las líneas del campo magnético que contienen el plasma se cruzan o envuelven los tallos que sostienen los imanes superconductores del reactor. En particular, se utilizará T5 para demostrar la fuente de plasma de alta densidad y la capacidad de capturar y confinar los inyectores de haz neutro que inician la ignición del plasma. [19]
Crítica
El profesor de física y director del laboratorio nacional de fusión del Reino Unido, Steven Cowley, pidió más datos y señaló que el pensamiento actual en la investigación de la fusión es que "cuanto más grande, mejor". Según Cowley, la experiencia en la construcción de otros reactores de fusión sugiere que cuando se duplica el tamaño de la máquina, se logra una mejora de 8 veces en el confinamiento térmico, que es la cantidad de temperaturas extremadamente altas necesarias para la reacción de fusión que se pueden contener sin, por ejemplo,. calentar demasiado los imanes superconductores enfriados. Cowley cuestiona así el pequeño tamaño sugerido de una máquina en funcionamiento. [20]
Ver también
- Reactor de fusión ARC
- Beta (física del plasma)
- China Reactor de prueba de ingeniería de fusión
- Asociación de la industria de la fusión
- El poder de la fusion
- Fusor
- Fusión general
- Confinamiento electrostático inercial
- Espejo magnetico
- Polywell
- Tokamak esférico para la producción de energía
- Tecnologías TAE
Referencias
- ↑ FuseNet: The European Fusion Education Network , archivado desde el original el 6 de mayo de 2013
- ^ Hedden, Carole (20 de octubre de 2014). "Conozca al líder del equipo de reactor de fusión compacto de Skunk Works" . Semana de la aviación y tecnología espacial . Consultado el 24 de noviembre de 2014 .
- ^ Norris, Guy (15 de octubre de 2014), "Skunk Works revela compacto reactor de fusión detalles" , Semana de la Aviación y Tecnología Espacial , Archivado desde el original en 10/17/2014 , recuperado 18 de de octubre de 2014
- ^ Norris, Guy (14 de octubre de 2014), "Grandes esperanzas: ¿Puede la fusión compacta desbloquear un nuevo poder para el transporte espacial y aéreo?" , Semana de la aviación y tecnología espacial , archivado desde el original el 18 de octubre de 2014
- ^ Hedden, Carole (20 de octubre de 2014), "The Leader Of Skunk Works 'Compact Fusion Reactor Team" , Semana de la aviación y tecnología espacial , archivado desde el original el 18 de octubre de 2014
- ^ a b c d Nathan, Stuart (22 de octubre de 2014). "Nuevos detalles sobre la fusión compacta revelan la escala del desafío" . El ingeniero . Consultado el 24 de diciembre de 2017 .
- ^ Shalal, Andrea. "Lockheed dice que hace un gran avance en el proyecto de energía de fusión" . Reuters . Consultado el 15 de octubre de 2014 .
- ^ a b c d Wang, Brian (3 de mayo de 2016). "El proyecto Lockheed Portable Fusion sigue avanzando" . Próximo gran futuro . Consultado el 27 de julio de 2016 .
- ^ Mehta, Aaron (3 de mayo de 2016). "Lockheed sigue apoyando el generador nuclear portátil" . Consultado el 27 de julio de 2016 .
- ^ McGuire, Thomas. "El reactor de fusión compacto Lockheed Martin". Coloquio del jueves. Universidad de Princeton, Princeton. 6 de agosto de 2015. Conferencia.
- ^ Talbot, David (20 de octubre de 2014). "¿Lockheed Martin realmente tiene una máquina de fusión revolucionaria?" . Revisión de tecnología . Consultado el 24 de diciembre de 2017 .
- ^ a b "Concepto de reactor de fusión compacto Lockheed Martin, modelo de confinamiento y experimento T4B" (PDF) . Corporación Lockheed Martin. 2016. Archivado desde el original (PDF) el 25 de diciembre de 2017 . Consultado el 25 de diciembre de 2017 .
- ^ wang, brian (1 de mayo de 2017). "Diseño del reactor de fusión compacto Lockheed unas 100 veces más grande que los primeros planes" . NextBigFuture.com . Nueva gran futuro Inc . Consultado el 25 de diciembre de 2017 .
- ^ Norris, Guy (20 de octubre de 2014). "Frontera de fusión". Semana de la aviación y tecnología espacial .
- ^ Sullivan, Regina (20 de noviembre de 2015). "Medidas preliminares de densidad y temperatura en la configuración de confinamiento de cúspide de anillo lineal encapsulado magnéticamente de Lockheed Martin". 57ª Reunión Anual de la División APS de Física del Plasma . 60 (10): YP12.044. Código Bibliográfico : 2015APS..DPPYP2044S .
- ^ https://aviationweek.com/defense-space/lockheeds-skunk-works-building-bigger-fusion-reactor
- ^ https://www.linkedin.com/in/jeff-a-babione-6a616a32/
- ^ https://www.reddit.com/r/SpecialAccess/comments/cf6l60/skunk_works_building_bigger_fusion_reactor/
- ^ https://www.thedrive.com/the-war-zone/29074/skunk-works-exotic-fusion-reactor-program-moves-forward-with-larger-more-powerful-design
- ^ McGarry, Brendan (16 de octubre de 2014), "Científicos escépticos del avance de la fusión de Lockheed" , DefenseTech ', consultado el 14 de junio de 2020
enlaces externos
- Página de diseño del reactor compacto Lockheed Martin
- Lockheed Martin Compact Fusion en YouTube
- Resuelva para X : Charles Chase sobre energía para todos en YouTube 11 de febrero de 2013