Question 1

¿Por qué la fusión requiere temperaturas tan extremas?

Accepted Answer

Los núcleos con carga positiva se repelen entre sí mediante la fuerza electromagnética (de Coulomb). Para fusionarse, dos núcleos deben acercarse a menos de ~1 femtómetro (10^-15 m), donde la fuerza nuclear fuerte toma el control. Clásicamente esto requiere energías cinéticas de ~1 MeV, correspondientes a 10 mil millones de K. El efecto túnel cuántico permite que la fusión ocurra a energías más bajas (~100 keV, o ~1 mil millones de K), pero incluso esto es 6-7 veces la temperatura del núcleo del Sol. El Sol lo compensa con una masa y un tiempo de confinamiento enormes; la fusión de laboratorio debe alcanzar temperaturas más altas para lograr tasas de reacción adecuadas en dispositivos mucho más pequeños.

Question 2

¿Qué es el criterio de Lawson?

Accepted Answer

El criterio de Lawson, derivado por John Lawson en 1955, establece que el producto de la densidad del plasma, el tiempo de confinamiento de energía y la temperatura debe superar un umbral para que la potencia de fusión exceda la energía invertida en el calentamiento: nτT > 3×10^21 keV·s/m³ (para la fusión D-T). Aumentar cualquiera de los tres factores puede compensar las deficiencias en los otros. Los tokamaks operan típicamente a densidad moderada (n ~ 10^20 m^-3) con tiempos de confinamiento largos (τ ~ 1 s), mientras que los objetivos de confinamiento inercial usan densidades extremadamente altas para tiempos de confinamiento muy cortos (nanosegundos).

Question 3

¿Cómo confina un tokamak el plasma magnéticamente?

Accepted Answer

Un tokamak usa dos componentes de campo magnético: un fuerte campo toroidal (el camino largo alrededor del toro) generado por bobinas superconductoras enrolladas alrededor del recipiente, y un campo poloidal (el camino corto alrededor) generado en parte por una corriente que atraviesa el propio plasma. Estos se combinan en líneas de campo helicoidales que se enrollan alrededor del toro sobre superficies toroidales anidadas. Las partículas cargadas se enrollan en espiral a lo largo de las líneas de campo, y si las líneas de campo se cierran sobre sí mismas después de enrollarse alrededor del toro, las partículas quedan confinadas. El factor de seguridad q (relación de enrollado toroidal/poloidal) debe superar 1 en todas partes para evitar inestabilidades de tipo kink.

☢️ Reactor de Fusión

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