En mi mundo, todos los cuerpos terrestres del sistema solar de más de 900 km de tamaño tienen una presencia humana significativa. El viaje Tierra-Luna es tan común como un viaje por carretera interestatal, y el viaje interplanetario es tan común como ir al extranjero, desde Venus a la Tierra es lo mismo que un viaje de EE. al Reino Unido en 1700. Esta es la consecuencia del dominio de la energía de fusión hasta el punto en que un reactor de fusión puede almacenarse en un camión, con deuterio, tritio, helio 3 y boro 11 reaccionando (por supuesto, la fusión de protio sigue siendo imposible, por eso , siéntete libre de construir tu propia estrella). Esto plantea la pregunta (o más bien, planteo mi propia pregunta ... lo que sea)
¿Existe alguna justificación práctica para usar energía de fisión cuando existe energía de fusión (como se describe)?
Hay un par de razones:
La fisión se reduce mejor. Algunos reactores SNAP son diminutos, más pequeños que un bote de basura. Los generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) se pueden hacer incluso más pequeños. Las "baterías" basadas en fisión son incluso posibles. Las aplicaciones pequeñas y/o de baja potencia favorecerán la fisión.
Los generadores de fisión son mecánicamente más simples y robustos. Esto es importante cuando construye cosas que deben durar, especialmente en lugares donde el mantenimiento es imposible. Por ejemplo, las ubicaciones remotas favorecerán la fisión mecánicamente más simple.
La fusión produce una gran cantidad de calor, mucho más que la fisión. Normalmente esto es algo bueno ya que el calor es lo que queremos cosechar. Pero este calor necesita disiparse, en una atmósfera que no sea demasiado dura, en un espacio que tenga mucha superficie de radiador extra, lo que agrega masa y hace que la nave sea más frágil. Este es básicamente el problema de escalado nuevamente, pero con preocupaciones adicionales en el vacío. Muchas naves espaciales preferirán la fisión porque la disipación de calor es una preocupación mayor y las necesidades de producción son generalmente pequeñas.
Vale la pena tener una respuesta por escrito de que los reactores de fusión no pueden sintetizar isótopos pesados en absoluto, si la síntesis solo puede ocurrir durante la fisión. Es decir, algunos isótopos pesados pueden fabricarse mediante el uso de un reactor de fusión para el bombardeo de neutrones, como el cobalto-60, pero otras cosas como el cesio 137 solo pueden producirse de manera efectiva mediante la fisión del uranio.
Dicho esto, mantener grandes montones de isótopos pesados no suele ser una gran idea. El cesio 137 solo es útil industrialmente cuando necesita bañar algo como un buque de guerra con suficiente energía para tomar una radiografía de su casco, pero el cobalto 60 en realidad es mejor en eso y más estable. El Cs-137 también reacciona fácilmente formando sales solubles en agua que su cuerpo puede transportar, por lo que su consumo es mortal, pero útil en la radioterapia.
Si realmente te resulta fácil todo este asunto de la energía nuclear, te diré dónde es posible que aún veas la fisión, y eso es como una fuente de energía de arranque en negro, porque generalmente se necesita energía para producir energía.
Black-start es la capacidad de una estación generadora para volver a conectarse y colocarse en la red sin que esa red esté energizada actualmente. Actualmente, no muchas estaciones tienen esta capacidad, y es posible que haya experimentado personalmente cortes de energía un poco más prolongados debido a esto. Lo que sucede es que las estaciones que pueden arrancar en negro tienen que encenderse para arrancar las estaciones adyacentes hasta que todas las estaciones estén listas para restaurar la energía a todas las cargas que se volverán a encender, y es un verdadero dolor cuando algo como el Gran Apagón del Noreste sucede
Obviamente, es posible que este punto simplemente no se aplique a su nivel de tecnología dado. Tal vez tenga baterías de unobtainio que pueden hacer funcionar un generador de fusión; pero si no lo hace, y si su blindaje es bueno, es totalmente posible construir un reactor de fisión que pueda iniciarse completamente a mano, con solo una cantidad limitada de energía para la instrumentación. Además, terriblemente, los reactores se han construido de esta manera en el pasado, con diversos grados de malos resultados, y el consenso general es que debemos tratar de no volver a hacerlo.
La mayor razón actual de la vida real para mantener los reactores de fisión, después de que la fusión haya resuelto el problema de la disponibilidad de energía, es transmutar los desechos nucleares como el plutonio y el americio en elementos con vidas medias más cortas. Esto hace que el tema de los desechos nucleares sea un asunto mucho más breve, de 500 a 1000 años, en comparación con las sugerencias actuales .
Esto también nos permite tomar material de armas nucleares y convertirlo en algo útil , que es algo que ya hemos hecho .
La fisión es genial si necesitas materiales venenosos estúpidos (plutonio) o si quieres fabricar armas de fisión. La preferencia actual por el uranio en las plantas de energía nuclear sobre el torio se debe a que el uranio se convierte en un buen combustible para bombas. El torio no.
Los combustibles para la fisión son muy pesados. Los combustibles para la fusión son muy ligeros. Para obtener tasas de consumo de combustible muy altas en los materiales de fisión, se requiere un reprocesamiento para eliminar los venenos nucleares que evitan que se queme más combustible. Dado que, para empezar, los combustibles de fusión son gases o líquidos, el reprocesamiento suele ser completamente innecesario. Por lo tanto, la fusión no requiere el equipo de reprocesamiento excepcionalmente pesado que requiere la fisión.
Si bien no conocemos la composición de los combustibles de fisión pesados alrededor del sistema solar, sabemos que el hidrógeno y el oxígeno están por todas partes.
Una razón muy probable que no he visto mencionada en otras respuestas son los problemas relacionados con el combustible fusible. El deuterio, el tritio y el helio 3 no son comunes en el sistema solar. En la Tierra, el deuterio generalmente solo se encuentra en el agua, y el tritio generalmente se produce a partir de reactores de fisión moderados con agua pesada. (Hay una buena razón para la fisión: ¡utilícela para fabricar el combustible para sus reactores de fusión!) El helio 3 existe en pequeñas cantidades en los pozos de helio natural de la Tierra, una concentración ligeramente mayor en la superficie lunar y una concentración aún mayor en las atmósferas del gigantes gaseosos. A menos que pueda extraerlo de una de estas fuentes a una tasa de producción bastante alta, el He3 realmente no será muy adecuado para su uso como combustible de fusión general y probablemente se reserve para aplicaciones que requieren su producción de energía excepcional.
El boro 11 va a ser la fuente de combustible más comúnmente disponible de las que enumeró, pero es posible que no esté presente o que no se extraiga fácilmente en algunos cuerpos planetarios pequeños como la Luna. Y, sinceramente, si su civilización es capaz de realizar una fusión neutrónica, el litio 7 sería un combustible más productivo y abundante.
Otra cosa a considerar es la longevidad. Aunque los reactores de fusión pueden producir enormes cantidades de energía, su combustible es de corta duración y deben alimentarse con regularidad. Compare eso con un reactor de fisión, que puede ser capaz de funcionar con la misma porción de material durante 20 a 40 años sin recargar combustible. Si una aplicación determinada requiere viajes largos o tiene que depender de fuentes externas para obtener combustible y suministros, un reactor de fisión reduciría su huella logística.
Un punto final: los ingenieros intentan encontrar la solución más simple y fácil para un problema dado (y puedo decir eso porque soy uno). Si su objetivo es alimentar algo pequeño, como un puesto de avanzada o una sonda espacial, es posible que los requisitos de energía no sean lo suficientemente altos como para justificar el uso de un reactor de fusión complejo, pesado y hambriento. Realmente solo necesitaría la fusión para aplicaciones a gran escala que consumen grandes cantidades de energía, donde la seguridad es crítica (suponiendo que las plantas de energía de fusión sean realmente más seguras que la fisión en este punto), o donde el combustible de fusión es abundante y fácil de recolectar. La energía de fisión o solar probablemente sería suficiente en casi todas las demás aplicaciones, y sus ingenieros preferirán la opción práctica más simple.
Algunos enlaces que brindan más detalles sobre los combustibles y procesos de fusión: https://en.wikipedia.org/wiki/Aneutronic_fusion https://en.wikipedia.org/wiki/Tritium#Deuterio https://en.wikipedia.org/ wiki/Deuterio https://en.wikipedia.org/wiki/Helio-3
Si hacemos un paralelo con nuestros días actuales, aunque tenemos muchos motores y herramientas eléctricas optimizadas, todavía hay lugares donde los humanos usan carbón o incluso estiércol de vaca como fuentes de energía.
Es muy posible que en algunos lugares remotos no se disponga de la tecnología para utilizar la fusión por razones económicas/logísticas (falta o abundancia de recursos, falta de personal calificado, voluntad política de no depender de un proveedor externo), y por lo tanto la mucho más simple, la fisión es la única forma de producir energía.
Si bien los reactores de fusión pueden ser baratos, es muy posible que el hidrógeno sea bastante caro. Considere vivir en un planeta sin atmósfera ni océanos. La mayor parte del hidrógeno en este planeta se encontraría como agua congelada, y como todo el mundo necesita agua, cualquier consumo no regenerativo (es decir, la fusión nuclear) podría evitarse (o simplemente ser demasiado caro).
Por supuesto, el envío de agua por barco es una posibilidad en este caso, pero puede ser que sea demasiado costoso y cree una dependencia peligrosa.
Para los planetas cercanos al sol, la energía solar aún podría ser preferida (sin reabastecimiento de combustible y muy económica, aunque de bajo costo, puede colocarse fácilmente fuera de la vista (en el espacio)).
En la Tierra, está claro que no vale la pena tener fisión: demasiados desechos para cuidar. En el espacio, sin embargo, la fisión puede ser inevitable. Los reactores de fusión, ya sean tokamaks o stellarators, serán enormes, mucho más grandes que los reactores de fisión. Empujar toda esa masa hacia arriba de un pozo de gravedad es un dolor en el culo.
Claro, se puede evitar si solo compra el reactor en órbita, o en un cuerpo de baja gravedad como la Luna, pero es muy probable que no tengan la industria pesada con las capacidades para construir piezas tan especializadas. En cualquier caso, un reactor de fusión tiene una puesta en marcha muy costosa: hasta que la fusión empieza a ser autosostenible hay que depender de una fuente de energía externa muy potente para encender el reactor. En la Tierra eso no es un problema, ya que la red eléctrica seguramente puede proporcionar esta energía desde muchas fuentes y ubicaciones diferentes, pero en una nave espacial, o incluso en una colonia espacial, simplemente no puede encontrar la energía necesaria si el reactor de fusión falla y tiene que ser reiniciado. Reiniciar un reactor de fisión es simplemente colocar las barras de combustible en su lugar y esperar a que el agua se caliente lo suficiente.
Siempre habrá una razón para usar una alternativa más barata
La ciencia puede brindar oportunidades, pero el universo está impulsado por la economía. Considere nuestra lenta adopción de la energía solar. En mi área, la empresa de energía eléctrica local ha estado aumentando las tarifas para los usuarios de energía solar casi exponencialmente porque están perdiendo dinero con la energía solar y el costo de la infraestructura (de la que aún dependen los usuarios de energía solar) sigue siendo el mismo. Consecuencia: mucha gente no usa energía solar.
La simple realidad es que la fisión (tecnología más baja) siempre será más barata que la fusión (tecnología más alta) y siempre habrá personas que, por las razones que sean, querrán ahorrar ese dinero proverbial. Muéstrenme un paisaje urbano resplandeciente avanzado, impulsado por la fusión, que haga babear a la gente del universo y les mostraré la misma ciudad a ocho cuadras de distancia donde se vende de todo, desde drogas hasta personas, y todo funcionará con fisión barata. reactores "no-pueden-encontrarme-a-traves-de-mi-factura-electrica".
También es un caso de, genial, generamos tanta energía, qué vamos a hacer con ella. En segundo lugar, también es un problema de sostenibilidad, ya que las reservas de uranio son más de 10 veces superiores a las de los reactivos de fusión y, por lo tanto, la fisión es más factible en el futuro... al menos por ahora.
Una razón para usar la fisión no sería como combustible, sino como técnica de minería. Dado que la fisión puede atomizar rocas y piedras, podría ser útil para fines de minería o terraformación a gran escala planetaria donde la lluvia radiactiva no es importante o es tratable. Dado que utilizarían la fisión para este propósito, se seguiría que también la utilizarían para alimentar sus equipos para mantener los sistemas simples y eficientes.
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