Análisis Termodinámico Clásico de Reacciones de Fusión Basadas en Deuterio
Autores: Tosti, Silvano; Marrelli, Luigi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Análisis Termodinámico Clásico de Reacciones de Fusión Basadas en Deuterio
Categoría
Energía
Subcategoría
Energías renovables
Palabras clave
Reacciones de fusión
Análisis termodinámico
Energía libre de Gibbs
Reacciones nucleares
Fusión por confinamiento magnético
Reactividad
Licencia
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Las reacciones de fusión que involucran deuterio son de gran interés para la explotación de la energía de fusión a través de dispositivos de confinamiento magnético. En la termodinámica clásica, la espontaneidad de un proceso se establece a través de la evaluación del cambio en la energía libre de Gibbs. Hasta ahora, la viabilidad de las reacciones nucleares se ha caracterizado en términos de sección eficaz y valor Q, mientras que el término entrópico (T S) ha sido ignorado. Tal suposición siempre está justificada para las reacciones de fisión donde el término S es positivo. En el caso de las reacciones de fusión que operan a temperaturas muy altas (106-107 K) y donde S es negativo, el cambio en la energía libre de Gibbs puede ser positivo, haciendo que la reacción no sea espontánea. Este artículo propone un análisis termodinámico clásico de las reacciones basadas en D de interés para las aplicaciones de fusión por confinamiento magnético. La contribución de la entropía se evaluó a través de la ecuación de Sackur-Tetrode, mientras que el cambio en la entalpía se consideró constante y correspondiente al valor Q de la reacción de fusión. Los resultados del análisis termodinámico se comparan con los criterios de viabilidad de reacciones nucleares basados en la reactividad de la reacción. Las reacciones DT y D3He muestran un alto grado de espontaneidad, aunque la segunda presenta una reactividad menor. Un aumento en la temperatura podría mejorar la reactividad de la reacción D3He a costa de disminuir su espontaneidad termodinámica. Ambas ramas de la reacción DD se caracterizan por una espontaneidad termodinámica mucho menor que la de las reacciones DT y D3He. Además, a la temperatura de su máxima sección eficaz, las reacciones DD exhiben un cambio en la energía libre de Gibbs en gran medida positivo y, por lo tanto, no son espontáneas. A la temperatura de las máquinas de fusión por confinamiento magnético (1.5 x 108 K), entre las reacciones basadas en D estudiadas, la DT exhibe los mayores grados de espontaneidad y reactividad.
Descripción
Las reacciones de fusión que involucran deuterio son de gran interés para la explotación de la energía de fusión a través de dispositivos de confinamiento magnético. En la termodinámica clásica, la espontaneidad de un proceso se establece a través de la evaluación del cambio en la energía libre de Gibbs. Hasta ahora, la viabilidad de las reacciones nucleares se ha caracterizado en términos de sección eficaz y valor Q, mientras que el término entrópico (T S) ha sido ignorado. Tal suposición siempre está justificada para las reacciones de fisión donde el término S es positivo. En el caso de las reacciones de fusión que operan a temperaturas muy altas (106-107 K) y donde S es negativo, el cambio en la energía libre de Gibbs puede ser positivo, haciendo que la reacción no sea espontánea. Este artículo propone un análisis termodinámico clásico de las reacciones basadas en D de interés para las aplicaciones de fusión por confinamiento magnético. La contribución de la entropía se evaluó a través de la ecuación de Sackur-Tetrode, mientras que el cambio en la entalpía se consideró constante y correspondiente al valor Q de la reacción de fusión. Los resultados del análisis termodinámico se comparan con los criterios de viabilidad de reacciones nucleares basados en la reactividad de la reacción. Las reacciones DT y D3He muestran un alto grado de espontaneidad, aunque la segunda presenta una reactividad menor. Un aumento en la temperatura podría mejorar la reactividad de la reacción D3He a costa de disminuir su espontaneidad termodinámica. Ambas ramas de la reacción DD se caracterizan por una espontaneidad termodinámica mucho menor que la de las reacciones DT y D3He. Además, a la temperatura de su máxima sección eficaz, las reacciones DD exhiben un cambio en la energía libre de Gibbs en gran medida positivo y, por lo tanto, no son espontáneas. A la temperatura de las máquinas de fusión por confinamiento magnético (1.5 x 108 K), entre las reacciones basadas en D estudiadas, la DT exhibe los mayores grados de espontaneidad y reactividad.