Temperatura de fusión en el Sol vs fusión en experimentos controlados en la Tierra

La sección transversal de la reacción de fusión deuterio-tritio depende en gran medida de la temperatura y alcanza su punto máximo a una temperatura de aproximadamente$8\times 10^{8}$K, así que supongo que estas son las temperaturas a las que apuntar en un experimento de fusión nuclear controlada. De hecho, según esto , las temperaturas de funcionamiento son al menos$10^{8}$k

La densidad del plasma de fusión es un factor: la velocidad de reacción será proporcional al producto de las densidades de los dos reactivos. En los reactores de fusión la densidad es del orden$10^{20}$metro$^{-3}$. En el centro del Sol, las densidades de partículas son 12 órdenes de magnitud más altas, por lo que, en parte, las temperaturas más altas en un reactor de fusión compensan las densidades más bajas. Sin embargo, también vale la pena recordar que el Sol no es un reactor de fusión particularmente intenso. Solo produce unos 250 W por metro cúbico en su núcleo. Un factor compensatorio mayor es que la sección transversal de la fusión de deuterio-tritio es aproximadamente 25 órdenes de magnitud mayor que la de la fusión protón-protón en el Sol.

En esta pregunta, he publicado una respuesta que estima la liberación de energía por unidad de volumen en condiciones típicas de reactor frente al Sol. Encuentro (orden de magnitud) que obtienes$10^{4}$veces más energía por unidad de volumen de un reactor que el núcleo del Sol. Entonces$\sim 10^{6}$W m$^{-3}$, que supongo que es lo que necesitarás para que sea comercialmente viable. Si bajara la temperatura en absoluto, rápidamente se volvería inviable como una fuente de energía significativa sin reactores absolutamente enormes.

Esto es realmente solo una nota al pie de la respuesta de Rob.

El Sol es un reactor de fusión absolutamente terrible. Utiliza una reacción$p + p \rightarrow d$ eso es irremediablemente ineficiente . El$d + t \rightarrow He + n$La reacción que usamos en los reactores de fusión es (hasta) 26 órdenes de magnitud más rápida . Como dice Rob en su respuesta, la energía producida por metro cúbico en el Sol es vergonzosamente baja. Sin embargo, el Sol tiene la gran ventaja de que su núcleo (donde se produce la fusión) es muy, muy grande y muy, muy denso. Los reactores de fusión que hemos logrado fabricar hasta ahora son pequeños y el plasma se diferencia un poco del vacío: la densidad del número de partículas es aproximadamente una millonésima parte de la densidad del aire.

Todo esto significa que nuestros reactores de fusión necesitan toda la ayuda posible si van a producir una cantidad útil de energía. Ajuste de la temperatura para maximizar la$d + t$La sección transversal es una de las formas en que podemos aumentar la potencia de salida. El Sol no está en la temperatura óptima para la fusión pero, bueno, es lo suficientemente grande y denso como para que no le importe.

Como mencionas, toda la investigación parece centrarse en la reacción d+t = He + n. Gran parte de la energía es irrecuperable en la energía cinética de neutrones. Los neutrones de alta energía causan muchos problemas que probablemente harán que la fusión no sea económica. Solo se debe financiar la fusión aneutrónica, pero requiere temperaturas aún más altas. Consulte el trabajo sobre la reacción p+B11 = 3He en LPP Fusion. Lo mismo puede decirse de los reactores nucleares rápidos, ya que obtienen eficiencia a alta temperatura al reducir la moderación de los neutrones. Los reactores reproductores son particularmente malos porque generan más desechos de alto nivel como flujo secundario. Los reactores de sales fundidas pueden ser un diseño de compromiso.