Aún no sabemos. Cualquiera que diga que está seguro de que esto funcionará no ha hecho su investigación. Lo mismo ocurre con cualquiera que diga que fallará. La realidad es: no tenemos suficientes datos.
1. No se han construido suficientes máquinas.
2. No se han probado suficientes equipos.
3. No se han publicado suficientes artículos.
4. No se han proporcionado suficientes fondos.
5. No se han explorado suficientes ideas.
6. No se han recopilado suficientes datos.
El mundo ha pegado el pozo de polietileno (junto con muchos otros enfoques de fusión) en un contenedor marcado: “Todavía no nos importa lo suficiente como para probar estos conceptos”. Ha sido frustrante
I. Principales problemas no resueltos: el éxito o el fracaso de los pozos polares depende de:
- Captura. ¿Cuánto tiempo y qué tan bien está contenido el plasma dentro de la máquina? Un artículo de 2014 en Physics of Plasma proporcionó solo un punto de datos [3] en el que un pozo de polietileno dio un comportamiento de confinamiento de cúspide (o “bola de wiffle”). El plasma es una sopa. Una sopa de partículas en movimiento (+) y (-). Toda carga móvil forma un campo magnético. Entonces, en el confinamiento de la cúspide, el plasma está rechazando o empujando el campo exterior. Técnicamente hablando, el diamagnetismo del plasma estaría rechazando el campo externo. Esto lleva a una trampa impresionante. Pero, un punto de datos es una mierda! No hay suficientes datos para saber nada, esto aún podría fallar.
- Recirculación. ¿Qué tan bien puede moverse el plasma sin tocar algo? Todos (Rider, Bussard, Ligon, Dolan, Khachan, etc.) están de acuerdo en que la recirculación de plasma ayudaría. El Dr. Todd Rider ha ido tan lejos como para decir que esta idea nunca funcionará sin recirculación (es el resumen de su tesis doctoral de 1994 del MIT [6]). Pero, en un artículo de 2000, Miley y Chacon [5] mostraron que las suposiciones de Rider probablemente eran incorrectas. Algunos% $ #! los datos resolverían esto. Para obtener una alta recirculación, desea imanes lisos con mucho espacio y sin superficies metálicas alrededor. El material necesita moverse sin golpear cosas. No quieres que ningún campo entre en una superficie de metal.
- La distribución de energía. ¿Cuál es la distribución de energía del plasma? En documentos que son críticos, como el de Todd Riders y el de William Nevins [7], han intentado predecir cuál sería la distribución de energía del plasma. A continuación se muestra la distribución que Rider ha presentado, argumentando que la mayoría de los iones están demasiado fríos. Pero el artículo de Riders es solo un montón de matemática muy teórica . La distribución es una función de la trampa, la inyección, la velocidad de fusión, las pérdidas de radiación, etc.… Rider nunca lo midió. Tomó las ecuaciones de Lyman J Spitzers de “The Physics of Fully Ionized Gases” [8] y las extendió a los pocillos. En 2015, el Dr. Scott Cornish realizó algunas mediciones en un pozo de polietileno barato para su tesis doctoral [4]. Su tesis medía que el plasma tenía una distribución Druyvesteyn , no una curva de campana de clase. Aún así, esto no es suficiente información para saber. Polywell de Cornish era una máquina de baja presión, de bajo costo (~ $ 20K) (que se muestra a continuación). Necesitamos medir esto en una máquina grande y con plena potencia, o al menos aproximarlo a la radiación emitida.
La máquina del Dr. Cornish 2015 [4]:
- Modos de operacion. El polywell es un sistema físico complejo. Como todas las máquinas, tiene un mecanismo físico competitivo en juego. Mecanismos como: (1) radiación, (2) conducción, (3) fusión, (4) arqueamiento, (5) emisión termoiónica, (6) hidrógeno caliente que se estrella contra los metales, etc. El polywell también tiene varios parámetros. Estos son como “perillas” en la máquina. Incluyen: número de anillos, forma de los anillos, espacio entre anillos, número de amperios * vueltas, inyección de electrones, presión de vacío, inyección de iones, etc. A medida que cambia los parámetros, obtiene diferentes efectos físicos competitivos. Obtienes diferentes modos de operación. Por lo tanto, el polywell podría ser un problema de ajuste. Idealmente, está tratando de ejecutarlo en el modo óptimo, en el que obtiene más de los efectos que ama y menos que odia . Los modos de operación son muy probables: el fusor tiene 3 que conocemos [2]. Los modos estrella y halo se muestran a continuación. Es probable que el polywell también tenga estos modos (así como otros), pero si conducen a algo realmente bueno, nadie lo sabe .
- Estructura. ¿El plasma tiene algún tipo de estructura? ¿Asignación de (+) en una región? o electrones en una región? Las estructuras de plasma son difíciles de encontrar: cada vez que tiene una estructura, siempre hay una inestabilidad que intenta destruirla . Existen estructuras de plasma, por ejemplo, spheromaks o configuraciones invertidas de campo. En el caso de Polywell, los partidarios argumentan que el confinamiento de la cúspide llevaría al plasma a algún tipo de forma. Algunas propuestas para estas estructuras se muestran a continuación.
Pero, los críticos argumentan que siempre hay inestabilidades que lo matarían. Lo que necesitamos es la dispersión de Thompson en el pozo de polietileno. Esto nos permitiría tomar “instantáneas” crudas del plasma mientras se movía dentro de la máquina. Podríamos “ver” qué formas (si alguna) toma el plasma.
- Formación de iones. En física, desea tener el mayor control posible sobre los objetos valiosos. En el pozo de polietileno, desea controlar dónde se forman los iones dentro de la máquina. Cuando el gas llega al interior de los anillos, toca la nube de electrones. Intercambia energía con los electrones. Esto calienta el ion más allá de los 16 eV y se forma el ion. Los iones caen al centro, golpean y se fusionan. Es importante darse cuenta de que un ion es 3.626 veces más masivo que el electrón. WB6 no nos dio control sobre la formación de iones. Este problema debería ser abordado .
II Cómo se supone que debe funcionar: así es como WB6 supuestamente funcionó, en 9 pasos. Puedes ver un artículo completo * con citas * aquí.
Cada paso de este mecanismo podría fallar. No sabemos.
III. Cómo obtener potencia neta: para obtener potencia neta, debes superar el siguiente balance de energía [1]
Conducción: la conducción es la pérdida de masa. Los electrones e iones escapan cuando tocan las superficies. La energía se va con esta masa. Las pérdidas de conducción matan Fusores. Polywell intenta superar estas pérdidas haciendo un plasma en su mayoría (-).
Radiación: la radiación es la pérdida de energía. Mucha energía deja la nube como luz. La radiación incluye visible, rayos X, infrarrojo y ultravioleta. Cuando los electrones se empaquetan densamente, reabsorberán esta energía [17]. Por lo tanto, los investigadores ven que la energía que sale como rayos X es una pérdida total. Los argumentos en contra del pozo de polietileno se han centrado en las pérdidas de radiación [13, 14, 15]. Pero, estas pérdidas pueden haber sido sobreestimadas [87].
Eficiencia: la eficiencia puede ser el concepto más inexplorado en fusión. Eficiencia significa cambiar las energías de entrada y salida. En comparación con NIF, los fusores y los pocillos polifónicos se fusionan casi sin poder de entrada. Aumentar la potencia de salida significa encontrar mejores formas de capturar la energía. Se han propuesto tres métodos. El primero es utilizar los neutrones de fusión para recargar material de fisión [71]. Esto parece poco probable para la rentabilidad. Puede ser una buena aplicación comercial para fusores. El segundo es usar calor para capturar la energía. Este método es válido para el deuterio y el combustible de tritio de deuterio y tendrá una eficiencia típica de la central eléctrica. El último método es usar la conversión directa para capturar la energía.
IV. Lectura adicional. Hay muchas, muchas cosas que podría agregar aquí. A continuación se presentan algunas fuentes de información adicionales si desea más.
- El artículo: “Explicando el argumento contrario” del 10 de enero de 2011 lo guía a través del artículo de Rider de 1994. Cubre sus suposiciones y matemáticas.
- El artículo: “Tomando una puñalada en la simulación” del 6 de febrero de 2013, modela WB6 usando un código MATLAB que escribí. Intenta utilizar análisis dimensionales y modelos simples para explorar el concepto polywell.
- El artículo: “An Ode To The Fusioneer” del 18 de abril de 2013, resume la historia de muchos conceptos y organizaciones de fusión diferentes de los últimos 60 años.
- El artículo: “Una industria emerge” del 18 de enero de 2015, analiza el mundo de las nuevas empresas de fusión de hoy. Calculé que las startups de fusión han invertido <$ 500 millones en 12 organizaciones, que emplean a 330 personas.
- El artículo: “La mejor trampa de plasma del mundo” del 7 de noviembre de 2015, lo guía a través del gran papel de Física de plasma de EMC2.
El trabajo crítico incluye documentos de Riders y Nevins:
- Rider, Todd H. “Una crítica general de los sistemas de fusión por confinamiento electrostático inercial”. Physics of Plasmas 6.2 (1995): 1853-872. Impresión.
- Nevins, WM (1995). “¿Puede el confinamiento electrostático inercial funcionar más allá de la escala de tiempo de colisión ion-ion?” (PDF) Physics of Plasmas 2 (10): 3804. Bibcode: 1995PhPl… .2.3804N. doi: 10.1063 / 1.871080.
- Rider, Todd H. “Limitaciones fundamentales en los sistemas de fusión por plasma que no están en equilibrio termodinámico”. Tesis del MIT 1995.
El grupo de Joe Khachans en la Universidad de Sydney ha realizado una investigación rigurosa sobre el pozo polivinílico, pero su trabajo siempre estuvo obstaculizado por la falta de fondos; Estos son algunos de sus documentos que no mencioné:
- Carr, Matthew, David Gummersall, Scott Cornish y Joe Khachan. “Bajo confinamiento beta en un Polywell modelado con teorías convencionales de cúspides puntuales”. Física de Plasmas Phys. Plasmas 18.11 (2011)
- Carr, Matt y Joe Khachan. “Un análisis sesgado de la sonda de la formación potencial de pozos en un campo magnético de electrolitos y bajo contenido de beta-pocillos de solo beta”. Física de Plasmas 20.5 (2013): n. página. Impresión.
- Carr, Matthew y Joe Khachan. “La dependencia del cátodo virtual en un Polywell ™ de la corriente de la bobina y la presión de gas de fondo”. Física de Plasmas 17.5 (2010). Instituto Americano de Física, 24 de mayo de 2010. Web.
- Tesis doctoral: “Mediciones de potencial electrostático y teorías de la cúspide de punto aplicadas a un dispositivo de fusión Polywell de baja beta” por Matt Carr, Universidad de Sydney, 2013
El Dr. Carr es pesimista sobre este concepto. EMC2 también tiene un cuerpo de trabajo que puede revisar. Puede descargar copias de esos documentos aquí. Advertencia: los extraños documentos de Bussard son terribles . Lo mejor es el artículo de Jaeyoung Park, hizo un buen trabajo explicando el trabajo en una charla en Microsoft Research el año pasado.
Cusp Confinement es una bestia completamente diferente. Aquí hay algunos buenos documentos:
- Berkowitz, J., Ko Friedrichs, H. Goertzel, H. Grad, J. Killeen y E. Rubin. “Geometrías recortadas”. Journal of Nuclear Energy (1954) 7.3-4 (1958): 292-93. Web. 16 de junio de 2014.
- Grad, Harold. “Captura de plasma en geometrías cúspides”. Physical Review Letters 4.5 (1960): 222-23.
- Dolan, Thomas J. “Artículo de revisión: Contención de plasma electrostático magnético”. Vol. 1539-1593. Np: Plasma Physics and Controlled Fusion, 1994. Imprimir.
- Haines, M. g. “Contención de plasma en campos magnéticos en forma de cúspide”. Nuclear Fusion 17.4 (1977): 811-58. Web. 18 de junio de 2014.
V. Mensaje final: el Polywell podría muy bien fallar. Totalmente. Muchas ideas en ciencia nunca funcionan. Pero realmente tenemos que probarlo, saberlo. Pero estos son problemas de fusión. Muchos, muchos enfoques de fusión sufren de falta de fondos, artistas tontos y reclamos salvajes. Necesitamos cambiar la forma en que se estructura, investiga y financia la fusión, si queremos ver que el poder de fusión se convierta en una realidad.
Parte I Citaciones:
- Papel de fusión de John Lawson de 1957
- Thorson, Timothy A. Flujo iónico y caracterización de la reactividad de fusión de un foco iónico esféricamente convergente. Tesis. Wisconsin Madison, 1996. Madison: Universidad de Wisconsin, 1996. Imprimir.
- “Confinamiento de electrones de alta energía en una configuración de cúspide magnética” Parque Jaeyoung, Nicholas A. Krall
- Tesis doctoral: “Un estudio de la física de escala en un dispositivo Polywell” por Scott Cornish, Universidad de Sydney, 2016
- Cálculos de ganancia de energía en los sistemas de fusión Penning utilizando un modelo Fokker-Planck promediado por rebote L Chacon, GH Miley, DC Barnes, DA Knoll Physics of Plasmas (1994-presente) 7 (11), 4547-4560
- Rider, Todd H. “Limitaciones fundamentales en los sistemas de fusión por plasma que no están en equilibrio termodinámico”. Tesis del MIT 1995.
- Nevins, WM (1995). “¿Puede el confinamiento electrostático inercial funcionar más allá de la escala de tiempo de colisión ion-ion?” (PDF) Physics of Plasmas 2 (10): 3804. Bibcode: 1995PhPl… .2.3804N. doi: 10.1063 / 1.871080.
- Lyman J Spitzer, “La física de los gases totalmente ionizados” 1963
Parte II Citaciones:
Las citas para el mecanismo propuesto se cubren aquí.
Parte III Citaciones:
13. Rider, Todd H. “Una crítica general de los sistemas de fusión por confinamiento electrostático inercial”. Physics of Plasmas 6.2 (1995): 1853-872. Impresión.
14. Rider, Todd H. “Limitaciones fundamentales en los sistemas de fusión por plasma que no están en equilibrio termodinámico”. Tesis del MIT 1995.
15. Nevins, WM “¿Puede el confinamiento electrostático inercial funcionar más allá de la escala de tiempo de colisión de iones de iones?” Physics of Plasmas 2.10 (1995): 3804. Imprimir.
17. Atzeni, Stefano y Jürgen Meyer-ter-Vehn. La física de la fusión inercial: interacción plasma-haz, hidrodinámica, materia densa y caliente. Oxford: Clarendon, 2004. Impresión.
71. Greenspan, E. “Fusion-Fission Hybrid Reactors”. Avances en ciencia y tecnología nuclear 16.1984 (1984): 289-515. Springer Link. Web. 4 de abril de 2013..