Questa volta abbiamo cercato una domanda di carattere scientifico: Perché la fissione nucleare è così facile da controllare per generare energia, ma la fusione nucleare è così difficile?
Ed ecco le risposte degli esperti:
La differenza principale qui è che la fissione è una reazione a catena, e la fusione sulla terra non lo è. La fissione non ha bisogno di nulla per continuare a funzionare, nel momento in cui smetti di forzare la fusione, si ferma immediatamente. Le sole reazioni di fusione autosufficienti sono le stelle.
Se prendo un pezzo di uranio arricchito di grado Fuel o superiore, (il grado di carburante è> 3% U 235), e posizionarne abbastanza in un punto in cui si verifica la fissione nucleare.
Questo perché U 235 è fissionabile . Ciò significa che quando si struttura da un neutrone il nucleo si divide, ogni rilascio PIÙ neutroni. Se il reattore è lento Le fissioni critiche (a un dollaro o 1. 00 sono causate da ciascuna fissione precedente) significa che la reazione è autosufficiente. Ogni fissione crea sia una tonnellata di energia (~ 200 MeV), oltre a creare in media ~ 2.4 Neutroni alla fine. IEEE Basics of Nuclear Fission
Ciò significa che tutto ciò che la centrale nucleare deve fare è monitorare il tasso di fissione e, soprattutto, non consentire alla metrica di Criticità (il fattore k) di aumentare. Il caso peggiore in questo caso è che il reattore diventi “pronto Critico”. È qui che ogni evento di fissione che i nutrienti rilasciati sull'evento di fissione iniziale sono sufficienti per causare un altro evento di fissione. Qui i tempi per la crescita esponenziale sono all'ordine se micro-secondi. Questo è il motivo per cui i reattori nucleari usano solo la criticità ritardata dei neutroni e le bombe nucleari sono immediatamente critiche. Controllare questo è LA cosa più importante per la sicurezza, come mostrano le basi della Criticità , ma fondamentalmente la reazione non ha bisogno di noi. Basta scaricare abbastanza metallo uranio insieme e il tuo reattore funziona (ti ucciderà).
Paragoniamo questo alla fusione. Ogni reazione di fusione in un reattore terrestre combina deuterio o trizio, due isotopi pesanti di idrogeno. (Per la fusione Proton-Proton afferrare un pannello solare). Il reattore qui è incredibilmente difficile da fare poiché i nucleati di ciascun atomo devono essere avvicinati abbastanza da superare la repulsione elettromagnetica dei 2 protoni caricati positivamente. Una panoramica di base della reazione di fusione è qui. Se sono capace di far fondere questi atomi, ottieni energia, ma quello che non ottieni è il prossimo passo. I prossimi due isotopi dell'idrogeno saranno difficili da fondere come gli ultimi 2. Ciò significa che il reattore nucleare deve combattere PER SEMPRE. La reazione non si autoalimenta.
Ciò significa che ogni reattore a fusione deve creare le temperature e le pressioni incredibilmente difficili necessarie per forzare gli isotopi di idrogeno insieme, ed estrarre l'energia.
Nel momento in cui smetti di forzare questa reazione, la fusione finisce. A meno che tu non abbia abbastanza idrogeno per formare una fusione STAR non è autosufficiente.
Si scopre che il sole utilizza un evento di tunnel quantistico relativamente raro nel nucleo per fondersi a temperature più basse e aggira questo problema con il numero grezzo di particelle interagenti. Non possiamo usare lo stesso metodo, quindi dobbiamo applicare enormi quantità di energia per far fondere le particelle. Quindi hai il problema del contenimento di un plasma a milioni di gradi e di un reattore che si danneggia nel tempo.
Sono problemi completamente diversi da risolvere. Le reazioni di fissione indotte dai neutroni possono verificarsi in reazioni a catena autosufficienti, devi solo avere dei controlli in atto per mantenere il sistema esattamente critico.
In termini semplici, un nucleo del reattore a fissione è solo un mucchio di combustibile messo abbastanza vicino insieme da diventare critico, con del materiale assorbente controllabile per controllare la criticità (oltre che rifiuto di calore, misure di sicurezza ridondanti, ecc.). Ma fondamentalmente stai solo accumulando un mucchio di combustibile fissile e vari altri materiali, iniziando una reazione a catena e lasciandolo andare da solo.
I reattori a fusione sono una tecnologia completamente diversa rispetto ai reattori a fissione. C'è una condizione che deve essere soddisfatta affinché un reattore a fusione raggiunga l'accensione, e si riduce al prodotto della densità e il tempo di confinamento è maggiore di un valore minimo. Quindi devi trovare un modo per confinare un plasma ad altissima temperatura, con una densità quanto più alta possibile, il più a lungo possibile, ed è una cosa difficile da fare.
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Temperatura.
In un caso hai a che fare con un solido a circa la temperatura del forno di casa. Nell'altro caso hai a che fare con plasma a decine di milioni di gradi C dove devi gestire costantemente i problemi di stabilità elettroidrodinamica.
Fondamentalmente è: blocchi di metallo che si trovano vicino alla temperatura ambiente che puoi semplicemente infilare aste in plasma surriscaldato vs che è costantemente minaccioso di volare a pezzi e assolutamente darà la minima instabilità.