El reactor de fusión compacto ( CFR ) de Lockheed Martin fue un proyecto de energía de fusión en Skunk Works de Lockheed Martin . [1] Su configuración de beta alta, que implica que la relación entre la presión del 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 compacto y un desarrollo acelerado. El proyecto estuvo activo entre 2010 y 2019, después de esa fecha no ha habido actualizaciones y parece que la división ha cerrado.
El diseñador jefe y líder del equipo técnico del CFR, Thomas McGuire [2] estudió la fusión como fuente de propulsión espacial en respuesta al deseo de la NASA de mejorar los tiempos de viaje a Marte. [3] [4] [5]
El proyecto comenzó en 2010, [6] y fue presentado 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 continuaba apoyando el proyecto y aumentaría su inversión en él. [8] [9]
El proyecto se detuvo en algún momento antes de 2021. [10]
El CFR planea lograr una beta alta (la relación entre la presión del plasma y la presión magnética) combinando el confinamiento de las cúspides y espejos magnéticos para confinar el plasma. Las cúspides son campos magnéticos muy curvados. Lo ideal es que el plasma forme una vaina a lo largo de la superficie de las cúspides y que el plasma se filtre a lo largo del eje y los bordes del campo muy curvado. [11] El plasma que se pierde a lo largo de los bordes se recicla de nuevo en las cúspides.
El CFR utiliza dos conjuntos de espejos. Un par de espejos anulares se colocan dentro del recipiente cilíndrico del reactor en cada extremo. El otro conjunto de espejos rodea el cilindro del reactor. Los imanes anulares 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 recipiente.
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 este se expanda, el campo magnético se vuelve más fuerte en el borde del plasma, lo que aumenta la contención. [8]
El CFR emplea imanes superconductores , que permiten crear campos magnéticos potentes con menos energía que los imanes convencionales. El CFR no tiene corriente neta, lo que, según Lockheed, elimina la fuente principal de inestabilidad 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 la inyección de haz neutro , en la que átomos de deuterio eléctricamente neutros transfieren su energía al plasma. Una vez iniciada, la energía de la fusión mantiene la temperatura necesaria para los eventos de fusión posteriores. [6]
El dispositivo final puede alcanzar21 m de ancho. [8] La compañía afirma que cada iteración de diseño es más corta y tiene un coste mucho menor que proyectos de gran escala como el Joint European Torus , ITER o NIF . [12]
A Reactor Pth de 200 MW ,18 m de largo por7 m de diámetro, produce aproximadamente unReactor de 2000 toneladas , de tamaño similar al reactor de fisión de un submarino nuclear A5W . [13] [14]
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 el recipiente del reactor tiene dos funciones: captura los neutrones y transfiere su energía a un refrigerante, y obliga a los neutrones a colisionar con átomos de litio , transformándolos en tritio para alimentar el reactor. Se estima que la manta debe tener un espesor de entre 80 y 150 cm y pesar entre 300 y 1000 toneladas. [6]
El prototipo fue planeado para ser un reactor de deuterio y tritio de 100 megavatios que medía 7 por 10 pies (2,1 por 3,0 m) que podía caber en la parte trasera de un camión grande y sería aproximadamente una décima parte del tamaño de los prototipos de reactores actuales. 100 megavatios son suficientes para proporcionar energía a 80.000 personas. [8] [15] Se construyó una serie de prototipos para acercarse a este objetivo.
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 electrónica, fracción de ionización inferior al 1% y3 kW de potencia de entrada. No se presentaron índices de reacción de confinamiento o fusión. [ cita requerida ]
En 2015, McGuire presentó dos conceptos teóricos de reactores. Uno era una configuración ideal que pesaba 200 toneladas métricas con un metro de protección contra la radiación criogénica y 15 imanes tesla . El otro era una configuración conservadora que pesaba 2000 toneladas métricas, con 2 metros de protección contra la radiación criogénica y 5 imanes tesla. [16]
El prototipo T4B se anunció en 2016. [13]
Parámetros:
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En julio de 2019, Jeff Babione, vicepresidente y director general de Skunk Works [17] , declaró: "Este año estamos construyendo otro reactor, el T5, que será significativamente más grande y más potente que nuestro T4. Actualmente, está previsto que entre en funcionamiento hacia finales de este año, por lo que será otro salto significativo en capacidad y en la demostración de que la física que sustenta nuestro concepto funciona". [18] [19]
El reactor T5 fue planeado para mostrar el calentamiento y la inflación del plasma, así como para medir la profundidad de la envoltura magnetizada atrapada que protege las paredes del plasma. También ayuda a medir las pérdidas en los límites de las líneas de campo magnético que contienen el plasma que se cruzan o envuelven alrededor de los tallos que sostienen los imanes superconductores del reactor. En particular, el T5 demostrará la fuente de plasma de alta densidad y la capacidad de capturar y confinar los inyectores de haz neutro que encienden el plasma. [20]
Steven Cowley, profesor de física y director del laboratorio nacional de fusión del Reino Unido, pidió más datos, señalando que la idea actual en la investigación sobre 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 ocho veces en el confinamiento térmico, es decir, la cantidad de las temperaturas extremadamente altas necesarias para la reacción de fusión que se pueden contener sin, por ejemplo, calentar demasiado los imanes superconductores enfriados. Cowley, por tanto, cuestiona el tamaño pequeño sugerido para una máquina en funcionamiento. [21]
