Actualmente existen Reactores de Módulos Pequeños que utilizan la fisión para generar una producción eléctrica de menos de 300 MWe. Uno de estos, el NuScale produce 50.000 kilovatios/hora y mide 76' por 15'.

https://www.hpschapters.org/florida/6spring.pdf

La NASA está trabajando en la tecnología de reacción nuclear de baja energía (LENR) que esperan usar eventualmente para impulsar automóviles, aviones y hogares. https://www.extremetech.com/extreme/149090-nasas-cold-fusion-tech-could-put-a-nuclear-reactor-in-every-home-car-and-plane

El MIT también afirma haber logrado avances recientes en una planta de fusión eficiente: http://news.mit.edu/2015/small-modular-ficient-fusion-plant-0810

Lamentablemente, los dos últimos son teóricos. Sin embargo, como prueba de la realidad, no sería poco realista esperar reactores nucleares de gran potencia con el tamaño físico de un generador doméstico en un futuro próximo. Y posiblemente un futuro un poco más lejano pueda hacer realidad los generadores de tamaño de batería AAA.

Los problemas de seguridad humana pueden ser una preocupación, sin embargo, el LENR de la NASA utiliza una red de níquel e iones de hidrógeno y la reacción produce cobre. Sin más detalles esto no suena mucho más peligroso que los ácidos almacenados dentro de las baterías de ácido.

Utilice la batería atómica en su lugar

Para alcanzar 1 kW de potencia, puedes usar una batería atómica en lugar de un reactor atómico.

La batería atómica funciona al tener cualquier cantidad de material radiactivo ( 238Pt o 90Sr son opciones populares) en un punto, luego transforma la energía radiactiva en electricidad (generalmente, radiactividad -> calor -> electricidad)

Puedes hacer una batería atómica tan pequeña como quieras usando el generador Seebeck .

Para llegar a 1kw, probablemente sea mejor usar un pequeño motor Stirling . El artilugio sería del tamaño de un Mr.Fusion

Tenga en cuenta que la cantidad de material que reacciona puede ser tan pequeña como desee. Solo necesita tomar algo con una vida media más pequeña . Esto, por supuesto, puede volverse poco práctico fácilmente.

La batería atómica tiene un gran inconveniente en comparación con el reactor: se agotan al mismo ritmo, ya sea que la uses o no.

Una batería atómica con un generador Seebeck no tiene partes móviles y, por lo tanto, podría funcionar durante siglos (con una cantidad suficientemente grande de, digamos, 202Pb)

Ya hay algunas baterías nucleares del tamaño de un AA más o menos, pero sería difícil alimentar una calculadora de bolsillo con una, el truco es elegir un combustible que no emita neutrones o rayos gamma como tiende a necesita un poco de blindaje (elementos ligeros para blindaje de neutrones, pesados ​​para gamma)

Tu mejor apuesta es algo que produzca rayos alfa, ya que incluso una tarjeta de Navidad te protegerá. Una de las fuentes alfa más utilizadas para aplicaciones de energía es el plutonio (que, irónicamente, lo protege de gran parte de su propia radiación ). El plutonio se calienta y puede usar este calor para impulsar algo como un motor Stirling o termoacústico. Nunca obtendrá 1kW de un dispositivo de tamaño AA sin un disipador de calor serio (presupuesto para una eficiencia eléctrica del 30% más o menos).

No veo ninguna razón por la que no pueda obtener un kW de energía eléctrica de algo del tamaño de, por ejemplo, una jarra de cerveza (solo tendría que usar un emisor alfa mucho más volátil que el plutonio y aceptar una vida útil más corta)

RESPUESTA: Use un RTG, un generador termoeléctrico de radiosótopos. Han existido durante años. Son lo suficientemente pequeños como para caber en su garaje o sótano y generan una potencia significativa.

Los he encontrado en partes remotas de Alaska, presumiblemente para estaciones meteorológicas. Las estructuras miden alrededor de 5 pies por 4 pies por 6 pies de alto, y puede escuchar el zumbido de los ventiladores adentro y ver la antena satelital afuera, todo dentro de una cerca de tela metálica con una señal de advertencia. Y ni una línea eléctrica a la vista.

Aquí hay algunos enlaces a información relevante sobre ellos:

http://large.stanford.edu/courses/2013/ph241/jiang1/

También se describe en Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Radioisotope_thermoelectric_generator

La NASA también los usa en sondas espaciales, sobre todo Cassini. Diseñan las celdas calientes de GPHS para que puedan sobrevivir al reingreso incluso si todo lo demás se quema. Son más del tamaño de esas baterías cuadradas de linterna de 6 voltios. El plutonio está rodeado de cerámica sólida.

Duran muchos años y son perfectos para sondas espaciales que van más allá del rango viable de las células solares.

Aquí hay un documento oficial de la NASA que describe los RTG: http://saturn-archive.jpl.nasa.gov/files/power.pdf

El problema de seguridad humana para cualquier reactor de fisión son los neutrones que se producen. Normalmente, esto se soluciona con unos pocos metros de blindaje de hormigón, que también reafirma parte de la contención de último recurso del reactor. Un reactor de investigación de baja potencia suele denominarse reactor de piscina porque, en lugar de hormigón, se utilizan varios metros de agua. Cuando está en funcionamiento, hay un hermoso resplandor azul del agua inmediatamente adyacente al núcleo.

Sería posible prescindir de la detección y simplemente mantener la distancia. Esto tiene sentido para una nave espacial de propulsión nuclear (reactor en un extremo de un poste largo, alojamiento para la tripulación en el otro). Aquí en la Tierra suena como el tipo de locura que los soviéticos podrían haber tolerado, dada una razón. (No puedo pensar en uno).

Alguien que sepa más que yo podría informarnos sobre el diseño de reactores en submarinos donde el espacio para blindaje es obviamente un poco estrecho. (Si esta información no es clasificada). ¿Existe una zona alrededor del reactor donde la tripulación no se aventure excepto por el menor tiempo posible en casos de emergencia? ¿Es el exterior inmediato del casco un lugar insalubre para un percebe?

Si más es mejor, y dónde puede llegar, diría 10 toneladas por 1 GW de energía eléctrica para reactores termonucleares en condiciones espaciales.

Mediante el uso de CNT como refuerzo/conductores, etc. y probablemente sea menos que eso. Esto es para reactores pequeños (pocos GW de potencia), para reactores más grandes debería ser mejor que eso con las mismas tecnologías.

No diría que son buenos números para su nave espacial si hace planes para ella y desea construirla en los próximos 10 años, pero para las naves espaciales, en este siglo o el próximo en hard-scifi puede ser un razonable suposición.

Para dispositivos portátiles, es difícil saberlo. La respuesta a la pregunta depende del campo de uso de la fuente de energía. Debido a que las fuentes son diferentes y pueden clasificarse/difieren según la eficiencia de la masa, la energía que producen, el entorno en el que deberían trabajar, si deben ser seguras para los humanos, cuánto tiempo tienen que trabajar, etc.

Como fuente de energía divertida, encontré recientemente una batería basada en C ¹⁴ .

Vida media 5730 años, por lo que funcionará unos pocos miles de años sin una reducción significativa en la producción de energía. La eficiencia de masa no es la mejor: 0,17 W por kg, por lo que una fuente de 1 kW pesará unas 6 toneladas. Sin partes móviles. Excelente escalabilidad, si tiene suficiente C ¹⁴ .

Para algunos propósitos es una excelente fuente, para otros no lo es tanto. Entonces, la respuesta adecuada realmente depende de dónde se debe usar la fuente y el propósito de la misma.

La fusión de Polywell escala de una manera asombrosa

El reactor de fusión Polywell tiene una escala muy curiosa. Suponiendo que Robert Bussard tenía razón en su hipótesis, la producción de energía de Polywell escalada por el radio del reactor a la séptima potencia , mientras que el "valor Q", es decir, la relación entre la energía ganada y la energía entregada para hacer funcionar las escalas del reactor a la quinta potencia del radio.

Esto significa que un reactor Polywell de potencia casi arbitraria será del orden de 3 a 5 metros cúbicos.

Dado que el OQ comenzó esta pregunta con "Realísticamente", creo que alguna información sobre armas nucleares pequeñas demostradas está en el objetivo. El https://en.wikipedia.org/wiki/W54 es el arma nuclear más pequeña que conozco (reacción nuclear verdadera).

"Las cuatro variantes comparten el mismo núcleo básico: un sistema nuclear que tiene 10,75 pulgadas (273 mm) de diámetro, aproximadamente 15,7 pulgadas (400 mm) de largo y pesa alrededor o un poco más de 50 libras (23 kg) " .

Tal como está, esto no se ajusta a sus requisitos, pero nos da una idea de cuál es la cantidad mínima de material fisionable. Un reactor para poder necesita dos cosas clave que le faltan al arma:

1. Moderación para controlarlo, de modo que produzca energía útil cuando se desee, en lugar de explotar.

2. Algo(s) para tomar la energía de salida y convertirla en electricidad.

Tanto 1 como 2 agregarán masa y volumen, pero para salidas de potencia pequeñas (es decir, unos pocos kilovatios), los subsistemas de moderación y extracción/conversión de potencia deberían ser mucho más pequeños que en otros ejemplos ya citados. Afirmo que el núcleo podría ser del orden de unos pocos metros cúbicos, sin contar el blindaje. El tamaño pequeño puede perjudicar la eficiencia, pero no se especificó una operación eficiente.

Especulación: Mi conjetura es que las personas que controlan los materiales fisibles (y lo que se construye con ellos) están más interesados ​​​​en sistemas de mayor potencia: megavatios.

Me sorprende que nadie haya mencionado reactores (no simplemente RTG) que hayan sido puestos en órbita, principalmente por los rusos. Esos son pequeños, aunque más grandes que el W54: https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_power_in_space#Fission_systems