fusión deuterio-tritio

La fusión deuterio-tritio ( fusión D-T ) es un tipo de fusión nuclear en la que un núcleo de deuterio ( ^²H ) (deuterón) se fusiona con un núcleo de tritio ( ^³H ) (tritón), dando como resultado un núcleo de helio-4 , un neutrón libre y una energía total de 17,6 MeV proveniente tanto del neutrón como del helio. Es la reacción de fusión más conocida para la energía de fusión y las armas termonucleares .

El tritio, uno de los reactivos para la fusión D-T, es radiactivo . En los reactores de fusión , se coloca una " manta reproductora " hecha de ortosilicato de litio u otras cerámicas que contienen litio en las paredes del reactor, ya que el litio, al exponerse a neutrones energéticos, produce tritio.

En la fusión D–T, un deuterón se fusiona con un tritio, produciendo un núcleo de helio , un neutrón libre y 17,6 MeV , que se deriva de aproximadamente 0,02 u . ^{[ 1 ]} La cantidad de energía obtenida se describe mediante la equivalencia masa-energía : E = mc ² . El 80% de la energía (14,1 MeV) se convierte en energía cinética del neutrón que viaja a 1/6 de la velocidad de la luz .

La diferencia de masa entre ² H + ³ H y neutrón + ⁴ He se describe mediante la fórmula de masa semiempírica que describe la relación entre los defectos de masa y la energía de enlace en un núcleo.

La evidencia de fusión D-T fue detectada por primera vez en la Universidad de Michigan en 1938 por Arthur J. Ruhlig. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Su experimento detectó la señal de neutrones con energía mayor a 15 MeV en reacciones secundarias de ³ H creadas en reacciones ² H(d,p) ^{3 H de un haz de deuterones} incidente de 0,5 MeV sobre un blanco de ácido fosfórico pesado , ² H ₃ PO ₄ . Este descubrimiento pasó en gran medida desapercibido hasta hace poco. ^{[ 4 ]}

Aproximadamente 1 de cada 6700 átomos de hidrógeno en el agua de mar es deuterio , lo que hace que sea relativamente fácil de obtener. ^{[ 1 ] [ 5 ]}

El tritio , sin embargo, es un radioisótopo con una vida media corta y sin fuentes naturales. Esto se puede sortear exponiendo el litio a neutrones energéticos, lo que produce tritones. ^{[ 1 ] [ 5 ]} Además, la fusión D–T en sí misma emite un neutrón libre, que se puede utilizar para bombardear el litio. ^{[ 6 ]} A menudo se coloca una « manta de cría », hecha de ortosilicato de litio , a lo largo de las paredes de las máquinas de fusión para que los neutrones libres creados por la fusión D–T reaccionen con ella para producir más ³ H. ^{[ 7 ] [ 8 ]} Este proceso se llama cría de tritio .

Se planea utilizar la fusión D-T en ^ITER [ 7 ^{] y} en muchos otros reactores de fusión propuestos. Tiene muchas ventajas sobre otros tipos de fusión, ya que tiene una temperatura mínima relativamente baja, 10⁸ ^kelvin [ ^{9 ] .}

El combustible D-T polarizado por espín puede aumentar la eficiencia de combustión de tritio (TBE) en un orden de magnitud o más sin comprometer la producción. La TBE aumenta de forma no lineal al disminuir la fracción de tritio, mientras que la densidad de potencia aumenta aproximadamente de forma lineal con la sección transversal D-T. En un tokamak tipo ARC de 481 MW con combustible D-T no polarizado 53:47, el inventario mínimo de tritio fue de 0,69 kg. La polarización por espín del combustible con una mezcla D-T 63:37 reduce el tritio requerido a 0,03 kg. Con los avances en la eficiencia de bombeo del divertor de helio, se podrían alcanzar valores de TBE de aproximadamente 10 % a 40 % utilizando combustible polarizado por espín con baja fracción de tritio y una pérdida de potencia mínima. Esto reduce los requisitos de inventario de tritio para el arranque. ^{[ 10 ]}  

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