As máquinas de fusão de bancada

Por que a biblioteca sugere isto

As duas arquiteturas de bancada estão desenhadas aqui ao lado das máquinas grandes, cada uma como um corte através do seu próprio princípio e legendada com a cifra que o seu próprio artigo relata.

A galeria das máquinas

Seis maneiras de segurar o combustível tempo suficiente para que os núcleos se fundam, desenhadas em corte. Escolha uma arquitetura e o painel diz como ela confina o combustível e o que essa família realmente mediu — cada número é o que o próprio artigo relata, sem nada acrescentado.

Arquitetura

O pinch Z de fluxo cisalhadoO foco de plasma densoConfinamento eletrostático inercialO tokamakO estelaradorAcionamento inercial a laser

Arquitetura selecionada: O pinch Z de fluxo cisalhado

Como segura o combustível. Uma corrente enorme desce por uma coluna de gás e o próprio campo magnético da coluna a aperta. Plasma que se move mais depressa no eixo do que na borda — um fluxo axial cisalhado — impede que a torção cresça.

O que já mediu. No FuZE o plasma fica quieto por cerca de dezesseis microssegundos e os nêutrons de fusão saem de forma constante durante cinco deles, com uma corrente de pinch perto de 200 quiloampères e um raio de pinch de cerca de três milímetros. O rendimento cresce com o quadrado da fração de deutério e desaparece sem deutério, que é a assinatura da fusão térmica e não de um feixe acelerado avulso.

Intervalo quieto:

1,6E-5 s

Produção constante de nêutrons:

5E-6 s

Corrente de pinch:

2E5 A

Raio do pinch:

3E-3 m

Rendimento de nêutrons por pulso:

1,25E5

Uma energia iônica de pico não é uma temperatura, e um rendimento de nêutrons não é um balanço de energia. Cada número abaixo traz o rótulo da grandeza que o próprio artigo relata.

Leia a ficha por trás destes números (em inglês)

Um dispositivo do Instituto de Tecnologia de Tóquio rodando deutério a 40 quilovolts e 2 miliampères produziu dez mil nêutrons por segundo de forma estável a partir de uma bancada, e os autores então fizeram o trabalho mais difícil de estabelecer onde as fusões acontecem — encontrando um ânodo virtual parado no centro, numa medição de sonda e numa simulação que concordam (Neutron production rate and plasma characteristics of spherically convergent beam fusion, 2001). O modo estrela, o ânodo virtual e o cátodo virtual aninhado de tal dispositivo são modelados partícula por partícula contra dados de sonda em Kinetic characteristics of ions in an inertial electrostatic confinement device (2020), e o próprio levantamento da Defense Intelligence Agency sobre a arquitetura fecha com uma proposta concreta — doze canhões de íons de radiofrequência mirados num único núcleo para demonstrar equilíbrio energético com combustível hidrogênio-boro (DIRD Inertial Electrostatic Confinement Fusion, 2010). No lado do foco de plasma, um grupo chileno mostrou que uma máquina armazenando de 32 a 98 joules ainda pincha, porque é rápida em vez de grande — um banco de 160 nanofarads, 38 nanohenries, corrente subindo em cerca de 150 nanossegundos (Pinch evidence in a fast and small plasma focus of only tens of joules, 2004). Algumas centenas de joules com subida de 300 nanossegundos deram cerca de 1,06 milhão de nêutrons por disparo (Neutron emission from a fast plasma focus of 400 Joules, 2003), e interferometria dentro de uma máquina de dezenas de joules confirmou que a dinâmica, as condições de pinçamento e as densidades eletrônicas das máquinas de tamanho de galpão estão todas presentes (Dynamics and Density Measurements in a Small Plasma Focus of Tens-of-Joules-Emitting Neutrons, 2011).

O experimento ou a construção

Construa primeiro o dispositivo eletrostático inercial: a lista de peças é uma câmara de vácuo, uma fonte de alta voltagem, uma gaiola de fios e um contador de nêutrons, e o conjunto todo já foi vendido comercialmente para inspeção de minério. Depois construa o foco de plasma rápido e pequeno, que é um exercício de potência pulsada — baixa indutância é todo o problema de projeto. A medição decisiva em ambos os casos é o rendimento de nêutrons deutério-deutério por disparo ou por segundo, com o rendimento escalando corretamente com a corrente e desaparecendo quando o deutério é removido, e com o contador calibrado contra uma fonte conhecida. Essa última cláusula é o que separa uma máquina de fusão de uma máquina que espirra íons numa parede.