Condiciones para la Fusión

Además de proporcionar una temperatura suficientemente alta, para permitir que las partículas superen la barrera de Coulomb, esa temperatura debe ser mantenida por un tiempo de confinamiento suficiente, y con una densidad de iones suficiente, con el fin de obtener un rendimiento neto de energía a partir de una reacción de fusión. Las condiciones generales que se deben cumplir, para un rendimiento de más energía que la necesaria para el calentamiento del plasma, se expresa por lo general en términos del producto de la densidad de iones, y del tiempo de confinamiento, una condición llamada criterio de Lawson.

Tiempo de Confinamiento para la Fusión

El tiempo de confinamiento en dispositivos de fusión nuclear, se define como el tiempo que se mantiene el plasma a una temperatura por encima de la temperatura de ignición crítica. Para producir más energía de fusión que la invertida para calentar el plasma, el plasma debe ser mantenido a esta temperatura, durante algún mínimo período de tiempo. Los cálculos de esos tiempos mínimos son

donde n es la densidad de iones en el plasma. El producto de la densidad de iones y el tiempo de confinamiento necesario para la fusión, se llama criterio de Lawson.

Densidad de Iones para la Fusión

Incluso teniendo en cuenta una temperatura suficientemente alta para superar la barrera de Coulomb para la fusión nuclear, debe mantenerse una densidad crítica de iones, para que la probabilidad de colisión sea suficientemente alta, para conseguir un rendimiento neto de energía de la reacción. La densidad requerida para un rendimiento neto de energía, se correlaciona con el tiempo de confinamiento para el plasma caliente, por lo que la condición mínima para una reacción de fusión productiva, normalmente se expresa en términos del producto de la densidad de iones, y el tiempo de confinamiento, llamado criterio de Lawson. Los valores calculados son

Criterio de Lawson para la Fusión

Una vez que se ha logrado una temperatura de ignición crítica para la fusión nuclear, se debe mantener a esa temperatura durante un tiempo de confinamiento suficientemente largo, a una densidad de iones suficientemente alta, para obtener un rendimiento neto de energía. En 1957, J. D. Lawson demostró que el producto de la densidad de iones y el tiempo de confinamiento, determina las condiciones mínimas para la fusión productiva, y ese producto es comúnmente llamado criterio de Lawson. Las cifras normalmente establecidas para este criterio son

La aproximación más cercana al criterio de Lawson ha estado en el Reactor de Prueba de Fusión Tokamak (TFTR) en Princeton. Se ha alcanzado la temperatura de ignición y se ha llegado muy cerca del criterio de Lawson, aunque no al mismo tiempo.