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¿Qué le ocurre al plasma de hidrógeno y boro a 3.000 millones de grados Kelvin?

Un reciente informe popular afirma (cuidado, creo que no está revisado por pares y esto huele ligeramente a maniobra de relaciones públicas) que una empresa privada TriAlpha ha hecho algunos progresos notables hacia la fusión de Hidrógeno-Borón, una versión de fusión aneutrónica es decir, fusión en la que no hay que preocuparse de que esos molestos neutrones sin carga salgan volando de la jaula magnética que los confina y destruyan su costoso aparato.

Mi preocupación es la siguiente: también afirman que se necesitan temperaturas alrededor de $3\times10^9\,{\rm K}$ para lograr este tipo de fusión. Esto parece mucho más de lo que tenemos experiencia directa. En los tokamaks habituales, solemos hablar de hasta $10^8\,{\rm K}$ y en el Sol suele ser como $10^6-10^7\,{\rm K}$ . Hablando en términos de energías típicas, la $3 \times 10^9\,{\rm K}$ es $250\,{\rm keV}$ que es aproximadamente la mitad de la masa del electrón. Esto significa, por ejemplo, que tendremos correcciones razonablemente grandes en el comportamiento de los fotones debido a la dispersión fotón-fotón (mediada por electrones-positrones).

Así que mi pregunta es, ¿se han realizado investigaciones detalladas sobre lo que cambia a tales temperaturas para un plasma? ¿Sigue siendo válida la aproximación MHD? ¿Es la sopa de electrones y positrones ( $\to$ la dispersión fotón-fotón) va a tener efectos no despreciables?

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Linus Kleen Puntos 448

A mi entender, uno de los principales retos son las pérdidas debidas al bremsstrahlung: la potencia perdida por el bremstrahlung $P_{\rm br}$ escalas como $$P_{\rm br} \propto Z^2 n_i n_e T_e^{1/2},$$ donde $Z$ es el número de carga, $n_i$ y $n_e$ son, respectivamente, la densidad de iones y de electrones, y $T_e$ la temperatura de los electrones. La escala al cuadrado con el número de carga es el principal problema aquí. Conduce a pérdidas mucho mayores que la típica reacción de fusión D-T (ya que el boro tiene un número de carga mayor).

Hay algunas ideas para superar esto, por ejemplo, utilizando campos magnéticos localmente fuertes, pero eso aumentaría otros canales de pérdida como la emisión ciclotrónica de electrones.

Las pérdidas potenciales debidas al bremsstrahlung son, al menos a mi entender, mucho más problemáticas que el proceso de electrodinámica cuántica de la dispersión fotón-fotón (pero quizá puedan investigarse en tales plasmas, eso estaría bien, supongo).

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