Suministro de deuterio.

El deuterio es un isotopo de hidrógeno con un protón y un neutros en su núcleo. Sus propiedades físicas y químicas son muy similares, salvo que su densidad es el doble que la del hidrógeno. Aunque su densidad es el doble que la del hidrógeno resulta ser la misma que la del helio.

El deuterio se puede adquirir en botellas de gas comprimido. La compañía Carburos Metálicos dispone de botellas de 60 litros. Ignoro su precio ya que no he conseguido hasta la fecha obtener una respuesta. La cantidad de deuterio que se consume es insignificante por lo cual con estos 60 litros habría para años de uso.

En mi caso me propuse emplear deuterio obtenido por electrolisis de agua pesada. El agua pesada es mucho mas fácil de conseguir. Aunque es cara ( 1 euro c.c.) basta una pequeña cantidad para este experimento. Es relativamente fácil de conseguir y 25 c.c por ejemplo son mas que suficientes ya que con ellos podemos obtener unos 30 litros de deuterio gaseoso.

La introducción del deuterio en la cámara de vacío debe realizarse a través de un tubo capilar, una válvula de paso muy fino ya que la cantidad de gas a introducir es muy pequeña. En mi caso y en la mayor parte de los casos el volumen de la cámara del fusor es de unos 4000 c.c.. Para llenar este volumen con deuterio a una presión de 10 micras solamente se necesitan 0,52 mm3. Es decir que con un centímetro cubico tendremos para llenar la cámara 1000 veces. La realidad es que el consumo es mucho mayor debido ha que hay que lavar la cámara, mantener la presión, además de múltiples perdidas.

De cualquier manera puede intuirse que la introducción de fracciones de milímetro cubico de deuterio en la cámara no es muy sencilla. Comentare las tres posibilidades mas frecuentes que son el tubo capilar, la electroválvula y la válvula piezoeléctrica. Otra técnica que todavía no he probado es el almacenamiento en paladio o en hidruros metálicos. Mas información sobre almacenamiento en paladio.

Los tubos capilares son hilos muy finos, o de cuarzo o metálicos (como los de la agujas hipodérmicas). Se aplastan o se doblan para obstruirlos. El paso de gas se regula doblándolos en sentido contrario. La ventaja de los tubos capilares es que pueden producir un flujo de gas bastante continuo. La presión en el interior de la cámara se regula con la toma de vacío. Las válvulas piezoeléctricas son exactamente igual que las electroválvulas salvo que el accionamiento se realiza por las deformaciones de un cristal piezoeléctrico. Como consecuencia son muchisimo mas rápidas y con un solo paso se puede controlar el interior de la presión con bastante facilidad. Recientemente he conseguido una de estas válvulas pero todavía no las he probado.

Todos conocen como es una electroválvula. En este caso las electroválvulas comerciales no funcionan ya que los volúmenes a controlar son ínfimos. Tras una buena comida de coco se me ocurrió probar con un inyector de gasolina de coche. Primero visite un concesionario de Seat , cuando supe el precio 200 euros me fui a un desguace y compre cuatro por 6 euros. Mas información sobre inyectores.

Los inyectores de coche de gasolina funciona relativamente bien. Mediciones efectuadas determinaron que el pulso mínimo de apertura de un inyector es de un milisegundo. Con este tiempo de apertura la presión en la cámara de vacío se incrementaba casi 20 micras ( aproximadamente 1 mm3). El doble de lo necesario. Modifique una de estas electroválvulas para que se pudiese ajustar el paso de gas. Fue una labor de mecánica fina increíble que no mereció la pena. Visto esto opte por una solución híbrida con dos electroválvulas.

La filosofía es la siguiente. La electroválvula 2 abre el paso del deuterio a una cámara intermedia que suponemos que inicialmente esta a muy baja presión. Si partimos que la electroválvula permite el paso de 1 mm3 por milisegundo y temporizamos la electroválvula para 100 milisegundos el volumen de deuterio que pasara es de 100 mm3 a la presión atmosférica. Si el volumen de la cámara es de 10 cm3 ( 10.000 mm3), la presión que se establecerá en la cámara intermedia será 100/10000 ( 1/100) de atmósferas.

Según esto con una apertura de 1 milisegundo de electroválvula 1 pasan solo 1 mm3, pero esta vez el gasta esta a 100 veces menos presión con lo cual la cámara del fusor se incrementara solo 0,1 micra por cada pulso de 1 milisegundo. Estos cálculos son muy aproximados ya que no se ha tenido en cuenta muchos parámetros, pero suficientemente aproximados para que el sistema funcione.


En la figura anterior se da un esquema aproximado del circuito. Un sensor de presión de termopar realiza la medición de presión en el interior de la cámara. El medidor da una señal analógica proporcional a la presión del fusor. Un comparador decide si hay que inyectar mas o menos deuterio y actúa sobre la electroválvula 1. Como el medidor de presión tiene bastante inercia termina un retardo impide que una vez inyectado deuterio no se vuelva a inyectar hasta pasados unos 5 segundos. Si se ajustan correctamente los tiempos de apertura de las dos electroválvulas la presión en el interior de la cámara se mantiene dentro de los valores correctos bastante bien.

Obtención del deuterio.

Como ya he comentado antes en este caso el deuterio lo obtengo por electrólisis de agua pesada con el simple aparato que se ve a continuación.




Un prisma de metacrilato pone en comunicación dos frascos a los que se les ha cortado en fondo. En ambos se ha perforado un pequeño orificio y se ha insertado un pequeño hilo de platino. El hilo se ha fijado con un poco de epoxi. Los tapones se han perforado y se ha colocado unas salidas para el gas. En el caso del deuterio se ha insertado una llave de las de riego por goteo y un pequeño filtro de algodón en el propio tubo.

Se opera de la siguiente manera:

El agua pesada se hace conductora añadiéndole un 1% de hidróxido sódico. Cuando se esta haciendo el vacío se abren con mucho cuidado las válvulas para que el agua pesada ascienda por el tubo hasta ocupar todo el tubo. ( Cuidado de que no se meta en la cámara de vacío). Al hacer la electrólisis el deuterio se acumula en esa parte del tubo y desciende el nivel de agua. Como el consumo de deuterio no es muy alto cuando el tubo esta lleno a la mitad se puede cortar la corriente hasta que se gaste.

Recomendaciones:

Cuidar de que no entre nada de liquido a las electroválvulas ya que se pueden corroer y estropear. Desplazar con deuterio todo el aire del circuito. Procurar que una vez llenado el circuito no se abra ni pierda el deuterio.