Fusor Farnsworth

Se trata de la realización un aparato que consigue que dos nucleos de deuterio se “fundan” en un núcleo de helio. En la reacción se desprenden neutrones y energía. Esta reacción es similar a las que se producen en el Sol y a las reacciones nucleares que se proponen para conseguir energía en el futuro.

Se emplea una técnica denominada confinamiento electrostático. En este aparato se emplean técnicas de vacío, alto voltaje, detección de neutrones y manejo de gases. Su nivel de peligrosidad es equivalente a la subida del Naranco de Bulnes. Este es uno de los proyectos mas ambiciosos que un aficionado puede acometer ya que supone el dominio de unas técnicassolo accesibles a aficionados bastatante experimentados.



Panorámica de mi ITER personal. Al la derecha arriba el detector y moderador de neutrones. Justo debajo una cúpula de cristal construida con una ensaladera de pirex. Debajo la cámara de vacío y debajo bomba de difusión. Al frente medición de vacío, generación de deuterio y control. Al fondo la bomba de vacío mecánica. En el centro el transformador de alta tensión. A la izquierda la electrónica del contador de neutrones.

Introducción.

La fusión entre núcleos de hidrógeno por confinamiento electrostático fue descubierta por el inventor americano Philo Farnsworth a mediados de los años 40 mientras probaba unas válvulas de vacío que había diseñado.

Mas información sobre la fusión nuclear casera se puede encontrar en el The Open Source Fusor Consortium, el mas importante foro dedicado a la investigación aficionada en fusión nuclear (en ingles). http://www.fusor.net/

Esta organización de aficionados “homologa “ los resultados conseguidos por aficionados que intentan conseguir la fusión. Según esta organización este fusor es el octavo que ha funcionado y el primero realizado fuera de Estados Unidos con éxito.

Al fin el éxito.

El día 19 de octubre del 2003 a las 13 30 de la noche, después de varios meses de trabajo preparatorio por fin fui capaz de detectar un significativo chorro de neutrones que confirmaban la fusión. Este es un resumen de aquella sesión y que en inglés se colocó el foro de fusoristas para que validasen el experimento.

"después de haber quemado varias fuentes de alimentación durante los últimos meses y haber sufrido muchos contratiempos entre otros la implosión de una campana de vidrio, al fin he conseguido la fusión de núcleos de deuterio.

Anoche trabajando a 10 militor de presión, cuando la corriente alcanzo los 28 miliamperios y 25 kV el contador de neutrones alcanzo un máximo de 170 neutrones/segundo. Considerando la geometría y la eficiencia del tubo detector estimo que se estaban produciendo unos 500.000 neutrones por segundo.

El fusor trabajaba bien por periodos de aproximadamente 20 segundos tras los cuales era necesario cortar el suministro de energía y esperar a que se enfriase. La operación de fusión se llevo a cabo una 24 veces y con el objeto de comprobar que el contador no estaba registrando artefactos.

Dos veces sustituí el deuterio por hidrógeno y otra mas por aire. Las cuentas de neutrones solo se producían cuando se suministraba deuterio por lo cual debo confirmar que estaba detectando los neutrones resultantes de la fusión de núcleos de deuterio.

Equipo empleado.

Cámara de vacío compuesta por una cúpula semiesfera de pirex (una ensaladera que cuesta 3 euros) y una base cilíndrica de acero torneada por mi mismo.

Bomba mecánica de las empleadas por los servicios técnicos de aire acondicionado seguida por una bomba de vacío de difusión de aceite, refrigerada por aire y también construida en casa. Las válvulas de manejo de vacío eran las corrientes de bola empleadas en fontanería.

El deuterio obtenido por electrolisis de agua pesada y suministrado a la cámara mediante un inyector de gasolina del motor de un BMW:

Rejilla exterior de 20 cm de diámetro construida con alambre de acero inoxidable de 1,5 mm y forma geodésica.

Rejilla interior de 2,5 cm de diámetro alambre de wolframio de 1 mm y forma espiral.

Alimentación de Alta Tensión a través de una bujía de coche.

Se emplea como medidor de vacío un equipo de termopar modelo KLJ205.
La fuente de alta tensión era un viejo transformador de Rayos X empleando un rectificador de onda completa externo sin filtrado.

Como contador de neutrones, el descrito en otras paginas de este lugar que emplea un tubo de He3 modelo LND 252139, con amplificador y contadores construidos aquí. Como moderador un cilindro de polietileno de 20 cm de diámetro."

Un poco de teoría.

Imaginemos una esfera del tamaño de un balón en la que se ha realizado un vacío del orden de 10 micras o menos. En el interior de la cámara hay una rejilla metálica conectada a un potencial de unos 25.000 voltios (negativo), el exterior del balón es también metálico y se encuentra a un potencial de tierra.

Los restos de gas que se encuentren en el interior de la cámara por el efecto del voltaje se ionizaran. Los electrones irán en dirección exterior que tiene un voltaje positivo y los iones positivos se aceleran en dirección al centro del balón atraídos por la rejilla negativa. Algunos chocaran con la rejilla pero otros la atravesaran pasaran al centro de la misma.

En el balón de que hablamos cuando no se aplica voltaje la presión es mas o menos uniforme en todo su volumen, pero al aplicar el voltaje la mayor parte de los iones del gas se concentran en el centro del aparto propuesto, tanto es así que en un pequeño volumen de la cámara hay una concentración mas de10.000 veces superior al resto del volumen.

Si el gas residual que queda en el interior de la cámara es hidrógeno, los iones de este estarán formados casi exclusivamente por protones ya que en el proceso de ionización el hidrógeno pierde su único electrón que forma su corteza electrónica. Los protones concentrados en el aparato han acumulado además la energía que les ha proporcionado la gran diferencia de potencial entre electrodos (de 35 a 40 kV). Los protones en la nube de plasma en el centro del fusor chocaran frecuentemente pero debido a la fuerte repulsión electrostática de los protones no se llegaran a fusionar.

Si en vez de hidrógeno el gas residual es deuterio (un isotopo de hidrógeno con un protón y un neutrón en su núcleo) el proceso será idéntico, pero en este caso los núcleos de deuterio cuando estén próximos además de la interacción electrostática sufrirán la interacción fuerte debida a los neutrones de su núcleo. En estas condiciones es posible que algunos núcleos se fusionen en un nuevo tipo de átomo con desprendimiento de energía y neutrones.

De una manera simplificada estas son las reacciones que se producen en el Sol y la consecución de estas reacciones de una manera controlada y estable es lo que persigue el hombre ya que puede ser una fuente prácticamente inagotable de energía.

Una descripción mas detallada del aparato y de las reacciones que se llevan a cabo puede verse en el documento redactado (en ingles) por Richard Hull que está considerado como el mayor impulsor del desarrollo de la fusión nuclear a nivel de aficionado. Ver documento

Creo necesario resaltar, que aunque es posible conseguir la fusión nuclear en un laboratorio domestico, las posibilidad que ofrece esta técnica para conseguir un rendimiento neto de energía son muy lejanas, tan lejanas como la galaxia Andrómeda, pero la ejecución de este ambicioso proyecto por un aficionado es de un disfrute tremendo en donde hay que poner a prueba todas las habilidades que uno tenga.

Preparación del proyecto.

Si no lo has hecho antes, lee el articulo de Richard Hull comentado anteriormente. En mi caso ese fue el primer articulo que cayó en mis manos referente al fusor y a través del cual me pico el gusanillo. Yo lo localicé en The Bell Jar una web americana destinada a los aficionados al vacío de donde posiblemente puedes aprender muchas cosas.

Si no tienes experiencia con vacío, tendrás que cacharrear previamente. Si ya tienes experiencia puedes continuar realizando el fusor.

Es imprescindible que dispongas de una bomba de vacío capaz de llegar a 1 micra. Puede que esto lo consigas con una única bomba rotatoria o como es mi caso que tengas una bomba mecánica que tira de una bomba de difusión de aceite con la cual consigo vacíos del orden de 0,0001 micras ( 10e-7 Torr). No es necesario tanto vacío pero gracias a ello me da excelentes velocidades de vaciado. No se describe en este articulo las técnicas de vacío salvo cuando son necesarias. En otros apartados de esta web hay o habrá artículos dedicados a ese fin.

Es prácticamente imprescindible disponer de un medidor de vacío capaz de llegar a 1 micra. En mi caso empleo un manómetro de termopar que llega a 1 micra. Son relativamente caros (unos 400 euros) aunque se pueden conseguir en subastas en eBay por 100 euros. En estas paginas también hay información para construir un medidor de vacío que te puede servir.

El sistema de vacío.

Construcción de la rejillas.

La alimentación de alta tensión.

Suministro de deuterio.

Detección de neutrones.

Pruebas finales.

Funcionamiento



Algunas imágenes del proyecto.

Aquí se ve el fusor en funcionamiento. Debe observarse que la cúpula de cristal es una ensaladera de pirex, de coste 4 €. La rejilla exterior es de inoxidable y la interior de circonio. El diseño de rejilla espiral no se había realizado antes, resulta mucho mas simple que los anteriores. El color azulado se debe a la fluorescencia del vidrio pirex al ser bombardeado por electrones.

 

El montaje mas o menos completo. En primer plano el transformador neón. A la izquierda el duplicador de tensión, en el centro la bomba de difusión, encima la campana de vacío. La mitad de la campana es metálica con la cúpula de vidrio.

 

Los electrones producen fluorescencia azul en el vidrio pirex. Curiosamente estos electrones se pueden focalizar muy bien con un imán como se observa en la foto.

 

Aquí se ve el globo de plasma en el interior de la rejilla. A mi hija Alba le digo que es un Sol microscopico.

El Dr Frank de copenhague.

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