El inhibidor de difusión es el primer intento conocido de construir un dispositivo de energía de fusión que funcione . [1] Fue diseñado y construido en el Laboratorio Aeronáutico Langley Memorial del Comité Asesor Nacional de Aeronáutica (NACA) a partir de la primavera de 1938. El concepto básico fue desarrollado por Arthur Kantrowitz y su jefe, Eastman Jacobs . Eligieron deliberadamente un nombre engañoso para evitar que el proyecto fuera detectado por la sede de NACA en Washington, DC , ya que creían que sería cancelado inmediatamente si sus superiores se enteraban.
En términos generales, el dispositivo era muy similar a los diseños de reactores de fusión por confinamiento magnético toroidales que surgieron en las décadas de 1950 y 1960, con un gran parecido físico con los dispositivos z-pinch y tokamak . La principal diferencia fue que usaba ondas de radio para calentar el plasma mientras usaba el campo magnético solo para confinamiento, no para compresión. Después de varios experimentos iniciales que no mostraron signos de liberación de alta energía, el director de la NACA, George William Lewis, entró en el laboratorio y lo cerró inmediatamente.
En 1936, Arthur Kantrowitz , recién graduado en física de la Universidad de Columbia , se unió al Laboratorio Aeronáutico Langley Memorial de la NACA. A principios de 1938 leyó un artículo que señalaba que Westinghouse había comprado recientemente un generador Van de Graaff y concluyó que la compañía estaba comenzando a investigar la energía nuclear , siguiendo los pasos de Mark Oliphant , quien demostró la fusión de isótopos de hidrógeno en 1932 utilizando un acelerador de partículas. [2] Su supervisor directo, Eastman Jacobs , también expresó interés en el concepto cuando Kantrowitz le mostró el artículo. [3]
Kantrowitz comenzó a investigar la literatura y encontró el artículo de Hans Bethe en Reviews of Modern Physics sobre los tipos conocidos de reacciones nucleares y las especulaciones de Bethe sobre las que tienen lugar en las estrellas, [3] trabajo que le llevaría al Premio Nobel de Física . [4] Esto llevó a Kantrowitz a considerar el concepto de calentar hidrógeno a las temperaturas que se observan dentro de las estrellas, con la expectativa de que se pudiera construir un reactor de fusión. [3] La reacción más fácil de la lista fue el deuterio -deuterio, pero como no se descubrió hasta 1932, el suministro de deuterio era extremadamente limitado. En su lugar, se seleccionó una reacción pura de hidrógeno-hidrógeno, aunque esto requeriría temperaturas mucho más altas para funcionar. [5]
La idea de Kantrowitz era utilizar señales de radiofrecuencia para calentar un plasma, del mismo modo que un horno microondas utiliza señales de radio para calentar alimentos. Sin embargo , el sistema no tuvo que utilizar frecuencias de microondas , ya que las partículas cargadas en un plasma absorberán eficientemente una amplia gama de frecuencias. Esto permitió a Kantrowitz utilizar un transmisor de radio convencional como fuente, construyendo un oscilador de 150 W para tal fin. [5]
Para producir cualquier nivel detectable de reacciones de fusión, el sistema tendría que calentar el plasma a unos 10 millones de grados Celsius, una temperatura que derretiría cualquier recipiente físico. A estas temperaturas, incluso los átomos del propio combustible se descomponen en un fluido de núcleos y electrones separados, un estado conocido como plasma . Kantrowitz concluyó que la solución más sencilla era utilizar campos magnéticos para confinar el plasma porque los plasmas están cargados eléctricamente, por lo que su movimiento puede controlarse mediante campos magnéticos. [5]
Cuando se colocan dentro de un campo magnético, los electrones y protones de un plasma de hidrógeno orbitarán alrededor de las líneas de fuerza magnéticas. Esto significa que si el plasma estuviera dentro de un solenoide , el campo mantendría las partículas confinadas lejos de las paredes pero serían libres de viajar a lo largo de las líneas y salir por los extremos del solenoide. A temperaturas de fusión, las partículas se mueven al equivalente de miles de kilómetros por hora, por lo que esto sucedería casi instantáneamente. Kantrowitz llegó a la conclusión que muchos otros llegaron: la solución simple es doblar el solenoide en un círculo para que las partículas fluyan alrededor del recinto toroidal en forma de anillo resultante. [5]
Jacobs se acercó al director del laboratorio, George W. Lewis , para conseguir una pequeña cantidad de financiación y le explicó que un sistema de este tipo algún día podría utilizarse para la propulsión de aviones. Para ocultar el propósito real a los líderes de la NACA, lo llamaron "inhibidor de difusión". [5] Lewis acordó proporcionar $5,000 (equivalente a $108,227 en 2023). [5] El toroide estaba enrollado con cables magnéticos de cobre que se enfriaban con agua y, como fuente de energía, lo conectaron a los circuitos de motor de un túnel de viento que Jacobs había construido. La idea era medir las reacciones de fusión resultantes mediante sus rayos X , que emiten objetos muy calientes. [5]
Debido a que el suministro eléctrico de la ciudad era limitado, al túnel de viento sólo se le permitió funcionar a altas horas de la noche o temprano en la mañana y durante no más de media hora a máxima potencia. Utilizando como detector una película revelada para tomar radiografías dentales, los dos encendieron la máquina pero no encontraron señal. Creyendo que el problema era que el oscilador de radio no tenía suficiente energía, lo intentaron nuevamente mientras mantenían manualmente los disyuntores para suministrar más corriente. Una vez más, no apareció nada en la película. Llegaron a la conclusión de que algo estaba provocando que el plasma se perdiera del centro del reactor, pero no tenían una solución obvia. [6]
No se llevaron a cabo más experimentos. Poco después de las primeras pruebas, Lewis visitó el laboratorio, escuchó la explicación de Jacobs sobre el sistema y lo apagó inmediatamente. [7]
Más tarde se entendería que el diseño de toro simple no confina correctamente un plasma. Cuando un solenoide se dobla formando un círculo, los imanes que rodean el contenedor terminan separándose entre sí en la circunferencia exterior. Esto da como resultado que el campo sea más débil en el exterior del contenedor que en el interior. Esta asimetría hace que el plasma se aleje del centro y finalmente golpee las paredes. [6] [8]