El Lockheed Martin Compact Fusion Reactor ( CFR ) fue un proyecto de energía de fusión en Skunk Works de Lockheed Martin . [1] Su configuración 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 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 continuaría apoyando el proyecto y aumentaría su inversión en él. [8] [9]
El proyecto se detuvo en algún momento antes de 2021. [10]
CFR planea lograr una beta alta (la relación entre la presión del plasma y la presión magnética) combinando confinamiento en cúspides y espejos magnéticos para confinar el plasma. Las cúspides son campos magnéticos muy curvados. 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 fuertemente curvado. [11] El plasma perdido a lo largo de los bordes se recicla nuevamente hacia las cúspides.
CFR utiliza dos juegos de espejos. Un par de espejos anulares se colocan dentro de la vasija cilíndrica del reactor en cada extremo. El otro juego de espejos rodea el cilindro del reactor. Los anillos magnéticos 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 al 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 fuertes campos magnéticos con menos energía que los imanes convencionales. El CFR no tiene corriente neta, lo que según Lockheed elimina la fuente principal 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 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 eventos de fusión posteriores. [6]
El eventual dispositivo puede alcanzar21 m de ancho. [8] La empresa afirma que cada iteración del diseño es más corta y tiene un coste mucho menor que proyectos a gran escala como el Joint European Torus , el ITER o el NIF . [12]
A Reactor P de 200 MW ,18 m de largo por7 m de diámetro, produce aproximadamente unaReactor de 2000 toneladas , similar en tamaño a un reactor de fisión de un submarino nuclear A5W . [13] [14]
Los imanes anulares 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 obliga a los neutrones a chocar con átomos de litio , transformándolos en tritio para alimentar el reactor. La manta debe tener un espesor estimado de 80 a 150 cm y pesar entre 300 y 1000 toneladas. [6]
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 abastecer de energía a 80.000 personas. [8] [15] Se construyó una serie de prototipos para alcanzar este objetivo.
Los resultados técnicos presentados en el experimento T4 en 2015 mostraron un plasma frío y parcialmente ionizado con los siguientes parámetros: temperatura máxima de los 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 velocidades de reacción de confinamiento o fusión. [ cita necesaria ]
McGuire presentó dos conceptos teóricos de reactor en 2015. Uno era una configuración ideal que pesaba 200 toneladas métricas con 1 metro de protección contra radiación criogénica y 15 imanes de Tesla . La otra era una configuración conservadora que pesaba 2.000 toneladas métricas, con 2 metros de protección contra radiación criogénica y 5 imanes de Tesla. [dieciséis]
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 estamos programados. "Tenerlo en línea a finales de este año, por lo que será otro salto significativo en capacidad y hacia la demostración de que la física que sustenta nuestro concepto funciona". [18] [19]
El reactor T5 fue planeado para mostrar 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 ayuda a medir las pérdidas en los límites de las líneas del campo magnético que contienen el plasma que se cruzan o envuelven los tallos que sostienen los imanes superconductores del reactor. En particular, 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]
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 8 veces mayor en el confinamiento térmico, es decir, la cantidad de temperaturas extremadamente altas necesarias para la reacción de fusión se puede contener sin, por ejemplo, calentar demasiado los imanes superconductores enfriados. Cowley cuestiona así el pequeño tamaño sugerido para una máquina en funcionamiento. [21]
