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NotaPublicado: Vie May 07, 2010 6:45 pm 
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Sabeis que existen dos sistemas para intentar conseguir energia rentable de la fusion nuclear:

- La fusión fria.
- La fusión en caliente o térmica.

De los intentos de conseguir la fusion térmica salen dos grandes líneas principales de investigación, el confinamiento magnético y el confinamiento inercial que es en lo que se trabaja actualmente y a lo que se dedica la mayor parte del tiempo y del dinero. A o largo del tiempo se han intentado otros dispositivos como el fusor de Farnsworth, los Z-pich y otros. Estos que en cierto momento prometían ser un camino fiable para conseguir la fusión han quedado en la práctica y con el paso del tiempo como dispositivos generadores de neutrones. Muchas de las fuentes pulsadas de neutrones se basan en el Z-pich o en el fusor.

El caso es que puede enfocarse el tema de la fusion por un camino alternativo ligeramente distinto de lo que se ve por ahí. Mi intención era comentaros esto en la reunión del 1 de Mayo pero como no ha sido posible he pensado en comentarlo aquí un poco sobre la marcha.

Al sistema conceptual le he puesto el nombre de “fusión por confinamiento dinámico”, que tiene la innegable ventaja de sonar francamente bien y de ser un nombre muy pegadizo, que esto hoy en día es importante. En cuanto a que si servirá o no para algo … eso esta por ver.

Hay dos dispositivos concretos a los que puede aplicársele el termino y justificar mas o menos su uso desde el punto de vista conceptual. Uno de ellos, que es seguro que no funciona, tiene la ventaja de ser muy simple físicamente y permite un poco comprender con facilidad a que hace referencia el término “confinamiento dinámico”. El otro, el segundo, es seguro que funciona salvo metedura de pata total, y creo personalmente que este no es el caso.

En la figura se ve en que consiste ese primer dispositivo conceptual:
Citar:
Imagen
- Se trata de un simple cañón o acelerador de núcleos. De arriba a bajo.
- Los núcleos se introducen arriba, entre las dos placas superiores, con una cierta energía que se traduce en energía térmica en caso de que llegue a alcanzarse el equilibrio.
- Arriba las líneas de campo magnéticas esta separadas y la presión y temperatura son bajas.
- A medida que caen las líneas magnéticas se juntan y la temperatura y presión deben de aumentar.
- Se ejerce una compresión entre los núcleos que caen y los que intentan salir.
- Lo núcleos terminan escapando pero hay una zona, donde el campo magnético es mas estrecho, en la que se puede conseguir la fusión.




Aunque no lo se aprecie en un análisis rápido este dispositivo conceptual tiene tres propiedades muy importantes:

1) Hay un confinamiento previo originado por el campo eléctrico y magnético.
2) El sistema no es cerrado, es decir, las partículas confinadas se esperan que escapen.
3) Cuantas más partículas intentan escapar mas se cierra la trampa. O si se prefiere mas confinadas quedan.

Esta tercera propiedad es la que le da significado al termino “confinamiento dinamico” porque son los propios núcleos los que pueden llegar a cerrar la trampa y retardar mas allá de los esperado la fuga de los núcleos.

¿ Alguna opinion ?

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NotaPublicado: Vie May 07, 2010 9:42 pm 
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yo en esto estoy muy verde asi que me surgen dudas basicas, asi que pido paciencia.
Porque habrian de querer caer los nucleos? porque querrian escapar de donde están inicialmente?
Además, entiendo que los nucleos al llegar a la zona del campo magnetico quedarán retenidos en orbitas circulares, pero de ahi a que choquen creo que es muy dificil. Necesitarias una alta energia cinetica para vencer la repulsion coulombiana, no?


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NotaPublicado: Sab May 08, 2010 8:01 pm 
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El diseño anterior es en realidad una botella magnetica donde sutilmente se ha sustituido uno de los extremos
de la botella por un campo electrico, que no se dibuja pero del que se intuye, tiene la misma direccion que las
lineas de campo magnetico.
La razon de que las particulas positivas escapen de forma inivitable es precisamente ese campo electrico.
Una botella magnetica de verdad es como:
Imagen
Es el diseño mas simple que se puede realizar en un intento de confinar particulas cargadas o plasma. Es un diseño
muy viejo que nunca ha funcionado precisamente porque por los espejos, las zonas de campo magnetico mas intenso,
las particulas cargadas positiva y negativamente, es decir, el plasma escapa con mucha facilidad.
La intencion de la modificacion no es liar a nadie sino explicar que no es necesario o conveniente obsesionarse con
el hecho de cerrar el recipiente, sea magnetico o no. En los diseños actuales el campo magnetico se cierra en forma
toroidal para evitar esas fugas y lo que intento mostrar es que las propias particulas que escapan pueden llegar a cerrar
el recipiente en ciertas configuraciones.

Ese sistema utiliza:

1) Un confinamiento previo.
2) Un confinamiento que no es tal porque las particulas terminan escapado rapidamente.
3) Pero que el propio escape de las particulas cierra o impide que sigan saliendo mas particulas.

....es lo que he nombrado con la pretenciosa palabra ( y bonita, por cierto) de "dinamico", es decir "confinamiento dinamico".

En la figura se aprecia la orbita que sigue una particula cualquiera en una botella magnetica normal. Se ve que hay mas
concentracion, presion o temperatura, segun se quiera nombrar, precisamente por donde escapan. Esto en cierta manera es logico:

Imagen
La orbita es alrrededor del centro de simetria pero esto no tiene que ser asi. De hecho casi todas las orbitas reales son
exteriores a dicho eje.

Estudiando un poco mas el asunto puede llegarse a la conclusion, seguramente equivocada, de la posibilidad de que aparezca un "movimiento colectivo" de alta presion y temperatura en la zona del espejo, producido precisamente por las particulas que escapan y que es muy semejante a un Z-pich. Pero ese mecanismo es mucho mas dificil de explicar de lo que pensaba. Por otro
lado, como no es tampoco el diseño con el que creo puede conseguirse la fusion no tengo ahora nada claro la razon por la que estoy contando esto.

En fin, algo de bibliografia sobre botellas magneticas puede verse en:
http://maxwell.ugr.es/salvador/tercero/BGO_CAPI6.pdf
http://www.esi2.us.es/DFA/FFII/Apuntes/ ... netico.pdf
http://bacterio.uc3m.es/investigacion/f ... Raquel.pdf

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NotaPublicado: Dom May 09, 2010 2:22 am 
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Hola Petruxx...

Gracias por los pdf. Me van a ser de ayuda con el segundo parcial de física.

¿Has calculado que intensidad de campo hace falta para conseguir la densidad de plasma necesaria en las zonas de espejo magnético?.

Un inconveniente que le veo, me da que pensar, es que todas las partículas tienden a girar en la misma dirección, si adquieren suficiente energía, y esto minimiza los choques aunque exista mucha densidad de plasma. ¿Has pensado en este efecto?

Y por otro lado, ¿como dotamos de energía al plasma?. Si la velocidad de las partículas aumentase mucho (lo necesario para llegar a aumentar significativamente el numero de fusiones) saldrían por la tangente?.

Un saludo

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"La manzana no nos echó del paraiso, sólo nos dejó ciegos para verlo"
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NotaPublicado: Dom May 09, 2010 6:17 pm 
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Yo de esto no se mucho. Lo que a mí me ha parecido entender de las cosas que he ido leyendo por aquí y por ahí se puede resumir en el dibujo:
Citar:
Imagen

Fig 1.Si se tiene un gas ideal a una temperatura en un recipiente, este distribuye la energía total entre las partículas que lo componen siguiendo la llamada “distribución de Maxwell”. La temperatura absoluta T del gas y la energía cinética media de las partículas del gas son la misma cosa y están relacionadas por la constante de Botlzman.

Fig 2.Si ese mismo gas se introduce en un campo magnético constante la distribución de energías será la misma que antes. En el plano normal al campo magnético B las partículas giran en circunferencias con un radio de giro proporcional a esa energía cinética o velocidad.

Fig 3. El campo magnetico tiene la propiedad de que las trayectorias pueden considerarse suma de una con energia de 100 KeV fija, mas una termica de 10 KeV.

fig 4 El campo magnetico producido por la carga que gira es opuesto al que produce el giro.

Fig 5 Puede crearse un toroide de campo magnetico minimo en la region del espejocomo consecuencia dela suma de los campos magneticos individuales

No es difícil calcular el radio de la trayectoria circular para deuterones cuando el campo magnético es de 1 tesla si la ecuacion es R= m• v/q•B ( radio ciclotronico):

T= 10 keV --> r = 2cm (B= 1 tesla)
T= 100 keV --> r = 6cm (B=1 tesla)

La presión magnética es otro asunto. Yo no entiendo bien de donde sale ni que significa, aunque tengo mis sospechas, porque en la bibliografía que ha caído en mis manos siempre aparece de sopetón y cuando no, asociada a los conductores que crean el campo. Vale

Prsion magnetica = B^2/2•mu_o

Para B =1 tesla esa presión tiene un valor de 1atmofera aproximadamente. En teoría, un campo de esa magnitud debe ser capaz de contener un plasma a 1 atmósfera de presión independientemente de la temperatura del gas.

Si se juzga todo lo dicho, lo razonable es pensar que es facilísimo conseguir las temperaturas y presiones necesarias para la fusión. Lo cierto es que por lo visto no hay manera, o bien las partículas o bien la energía se escapa mucho antes de lo necesario.
Sergi escribió:
Un inconveniente que le veo, me da que pensar, es que todas las partículas tienden a girar en la misma dirección, si adquieren suficiente energía, y esto minimiza los choques aunque exista mucha densidad de plasma. ¿Has pensado en este efecto?

No, eso no es un problema en principio sino una ventaja. La frecuencia ciclotronica depende solo del campo magnetico B y eso le da unas propiedades especiales a las orbitas: “ puede haber una orbita colectiva de 100keV con una variación termica de 10Kev sin problemas. Es lo que se ve en la figura 3.
Lo bueno es que entonces puede crearse el toroide de campo minimo.
Citar:
Y por otro lado, ¿como dotamos de energía al plasma?. Si la velocidad de las partículas aumentase mucho (lo necesario para llegar a aumentar significativamente el numero de fusiones) saldrían por la tangente?.

Se tiene el campo magnetico capaz de mantener esa energia colectiva. Lo interesante es crear el toroide. Para entender lo que digo es mejor leer el ya mencionado articulo:
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/106/htm/sec_9.htm
en la figura 25 se ve muy bien y se explica el asunto.

P.D. !! no era esto lo que yo queria comentar!!

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NotaPublicado: Lun May 10, 2010 4:20 pm 
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Para que choquen dos iones deben ir haciendo órbitas que vayan en sentido opuesto.
Una forma de hacerlo es que al rebotar contra el espejo magnético cambian de sentido y chocan contra las que vienen en sentido opuesto.

Otra forma de hacerlo es poner dos cañones iónicos enfrentados y en medio el campo magnético, entonces los iones avanzarán en sentiodos opuestos y órbitas también opuestas. La ventaja de este método es que la fusión se produce en medio y los daños son mínimos (salvo en el solenoide).
El inconveniente es que para acertar hace falta un campo muy grande, pues el radio ciclotron debe ser del orden de la sección eficaz. Hasta ahora no se han logrado más de unos miles de teslas en los dispositivos Pulsotron-1B y Pulsotron-2

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Tengo algunos reactores de fusion aqui www.pulsotron.com y aqui https://setup-electronica.es/categoria-producto/pulsotron/


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NotaPublicado: Lun May 10, 2010 6:33 pm 
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No es necesario que las orbitas vayan opuestas. En el mismo sentido tambien chocan si las orbitas tienen distinto centro.
Aun teniendo el mismo centro tambien chocan aunque su velocidad relativa sea menor siempre que las orbitas no sea exactamente circulares, que es el caso cuando el campo magenetico no es homogeneo, como en la botella magnetica. Solo hay que pensar en los cometas y su posible choque con la tierra.

En la figura 2 esta muy claro que chocan. En la figura 3 se ve que las orbitas intersectan porque en realidad las orbitas circulares no tienen el mismo centro. En un campo magnetico la frecuencia ciclotronica es constante y el movimiento se puede descomponer (si se quiere) en un giro circular de digamos 90keV y otro superpuesto de 10 keV a la manera de los epicicos del sistema tolomeico.

Es lo que sucede con el giro de la luna. Si suponemos este circular, esta presenta la misma cara porque tiene un giro sobre si misma superpuesto de la misma frecuencia del de traslacion. Asi, un objeto en la superficie visible se puede considerar que esta girando solo orbitalmente sin giro sobre el centro de la luna, con un radio menor que el giro de otro objeto, esta vez en la cara opuesta, que tendra un radio de giro mayor.
¿ Se entiende ? ¿ Me lie ?


No veo porque es necesario que el radio ciclotronico sea del orden de la seccion eficaz. Como se ha dicho con 1 tesla estos radios son del orden del centimetro para energias de 100Kev. Solo hace falta que haya muchas para que se produzcan muchas colisiones y claro, que la energia o las particulas no se pierdan.

Creo que en el pulsotron se utilizan volumenes muy chicos, quizas de milimetros o micras y ahi si son necesarios campos muy intensos si se quieren conseguir densidades apreciables en esos pequeños volumenes.

En el ITER el volumen del plasma es de varios metros cubicos.
fusion escribió:
Otra forma de hacerlo es poner dos cañones iónicos enfrentados y en medio el campo magnético, entonces los iones avanzarán en sentiodos opuestos y órbitas también opuestas. La ventaja de este método es que la fusión se produce en medio y los daños son mínimos (salvo en el solenoide).

A mi siempre me ha parecido muy buena idea. De hecho yo la he recomendado, pero aqui no me hacen ... ni caso. Dicen que nadie es profeta en su tierra y estoy pensando seriamente emigrar a un foro de habla inglesa. Alli creo que son mas credulos. :shock:

P.D. :mrgreen: Otra ventaja de los foros de habla inglesa es que suelen tener mas pasta para gastar :mrgreen:

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NotaPublicado: Lun May 10, 2010 6:43 pm 
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Órbitas opuestas en el mismo campo magnético? Creo que no :D


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NotaPublicado: Mié May 12, 2010 3:02 pm 
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Citar:
No es necesario que las orbitas vayan opuestas. En el mismo sentido tambien chocan si las orbitas tienen distinto centro.
Aun teniendo el mismo centro tambien chocan aunque su velocidad relativa sea menor siempre que las orbitas no sea exactamente circulares, que es el caso cuando el campo magenetico no es homogeneo, como en la botella magnetica. Solo hay que pensar en los cometas y su posible choque con la tierra....el movimiento se puede descomponer (si se quiere) en un giro circular de digamos 90keV y otro superpuesto de 10 keV

Los protones tienen que chocar a 100keV entre sí para superar la barrera electrostática, no pueden ir despacito entre sí para fusionarse

Citar:
Creo que en el pulsotron se utilizan volumenes muy chicos, quizas de milimetros o micras y ahi si son necesarios campos muy intensos si se quieren conseguir densidades apreciables en esos pequeños volumenes.

La densidad es de unos 2gr/cc y sube a 50-100 durante la descarga, de este modo el triple producto ha superado el nivel de ignición en varios órdenes de magnitud. El radio ciclotrónico apenas llega a unas micras.
¿cual es el tamaño de tu reactor? ¿que densidad has logrado? ¿cual es el tiempo de confinamiento que has conseguido?

Citar:
A mi siempre me ha parecido muy buena idea. De hecho yo la he recomendado, pero aqui no me hacen ... ni caso.

No solo te hemos oido, sino hemos respondido y hasta te hemos dado consejos.

P.D. Yo ya he construido media docena de reactores de fusion basados en aceleradores de partículas, y varios de ellos de aceleradores enfrentados :)

Citar:
Otra ventaja de los foros de habla inglesa es que suelen tener mas pasta para gastar
Pues a salir corriendo para allá para seguro que con tus dibujos y tus conocimientos estarán encantados de darte mucho dinero para financiar tus proyectos :lol:

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NotaPublicado: Mié May 12, 2010 6:40 pm 
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No hagas caso de mis quejas "fusion", son las de un pobre viejo sin posibilidades.
Entrando en el meollo del asunto contesto un poco por encima y luego propongo un dispositivo concreto y facil de realizar que no se hasta que punto dara neutrones.
fusion escribió:
Los protones tienen que chocar a 100keV entre sí para superar la barrera electrostática, no pueden ir despacito entre sí para fusionarse

Correcto.
El proyecto final del ITER tiene como he dicho varios metros cubicos aunque los experimentos iniciales se realizan en varios dispositivos de mucho menor tamaño. Ellos confian el " escalabilidad del sisitema". En el de este tema, se puede empezar por un anillo de 20 a 100 keV con una tenperatura de 2 a 20keV y confiar que los resultados son estrapolables a un dispositivo mas grande.

Citar:
¿cual es el tamaño de tu reactor? ¿que densidad has logrado? ¿cual es el tiempo de confinamiento que has conseguido?

Si no te estas refiriendo al que la naturaleza "tubo en ganas de darme", muy bien dotado en cuanto a tamaño, potencia y tiempo de confinamiento y te estas refierendo al otro:

"Unos 30 cm para los 20 o 100 keV. La densidades que se pueden conseguir son muy debiles, quizas 10^15 y la temperatura, pues de 2 a 20keV. Como ves, poca cosa.
:shock: La ventaja es el consumo que se espera: " no mas 10 microAmp a esas tensiones" :shock:"


Citar:
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El dispositivo es un tubo de magnetron de microndas (http://www.radartutorial.eu/08.transmitters/pic/mag04.png
Citar:
Imagen
Explicado muy basico:

-Los electrones orbitan en su canimo al terminal positivo, el esterior.
-Los electrones ceden energia en su caida en forma de microondas.

Si no estubiera la cavida los electrones no perderian energia y no caerian hacia el anodo

Lo que se propone es:
Citar:
Imagen
-Dejar los imanes en la misma posicion en la que estan.
-Elimimar la cavidad. Sustiuir el anodo por una rejilla holgada para que los electrones
puedan escapar.
-Dejar el filamento del catodo pero de manera que pueda controlarse su caletamiento
y por tanto la emision de electrones.
-Por supuesto sustituir la atmofera por deuterio.


Aunque realmente no se produce un confinamiento dudo mucho que no se detecten neutrones y que no se vea algo parecido a esto pero bien iluminado:
Imagen
Esta sacado de este trabajo y nada tiene que ver con lo que aqui se trata:
http://www.ipp.mpg.de/~knm/manuscripts/Rotating_dust.pdf

P.D. Si aguien quiere hacerlo puedo suministrarles los imanes.

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