Fusión nuclear: La esperanza de nuestro futuro energético

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La fusión nuclear es esencialmente lo contrario de la fisión nuclear. En la fisión, un núcleo pesado se divide en núcleos más pequeños. Con la fusión, los núcleos más ligeros se fusionan en un núcleo más pesado.

El proceso de fusión es la reacción que alimenta al sol. En el sol, en una serie de reacciones nucleares, cuatro isótopos de hidrógeno-1 se fusionan en un helio-4 con la liberación de una tremenda cantidad de energía.

Aquí en la Tierra se utilizan otros dos isótopos de hidrógeno: H-2, llamado deuterio, y H-3, llamado tritio. El deuterio es un isótopo menor de hidrógeno, pero todavía es relativamente abundante. El tritio no se encuentra de forma natural, pero se puede producir fácilmente bombardeando el deuterio con un neutrón.

La reacción de fusión se muestra en la siguiente ecuación:

La primera demostración de fusión nuclear – la bomba de hidrógeno – fue realizada por los militares. Una bomba de hidrógeno es aproximadamente 1.000 veces más poderosa que una bomba atómica ordinaria.

Los isótopos de hidrógeno necesarios para la reacción de fusión de la bomba de hidrógeno se colocaron alrededor de una bomba de fisión ordinaria. La explosión de la bomba de fisión liberó la energía necesaria para proporcionar la energía de activación (la energía necesaria para iniciar o iniciar la reacción) para el proceso de fusión.

Cuestiones de control con la fusión nuclear

El objetivo de los científicos durante los últimos 50 años ha sido la liberación controlada de energía de una reacción de fusión. Si la energía de una reacción de fusión se puede liberar lentamente, se puede utilizar para producir electricidad. Proporcionará un suministro ilimitado de energía que no tiene residuos que tratar ni contaminantes que dañen la atmósfera, simplemente helio no contaminante.

Pero para lograr este objetivo es necesario superar tres problemas:

  • Temperatura
  • Tiempo
  • Contención

Temperatura

El proceso de fusión requiere una energía de activación extremadamente alta. El calor se utiliza para proporcionar la energía, pero se necesita mucho calor para iniciar la reacción. Los científicos estiman que la muestra de isótopos de hidrógeno debe calentarse a aproximadamente 40.000.000 K.

K representa la escala de temperatura Kelvin. Para obtener la temperatura Kelvin, añada 273 a la temperatura Celsius.

Ahora 40.000.000.000 K es más caliente que el sol! A esta temperatura, los electrones hace tiempo que salieron del edificio; todo lo que queda es un plasma cargado positivamente, núcleos desnudos calentados a una temperatura tremendamente alta. Actualmente, los científicos están tratando de calentar las muestras a esta alta temperatura a través de dos vías: los campos magnéticos y los láseres. Ninguno de los dos ha alcanzado la temperatura necesaria.

Tiempo

El tiempo es el segundo problema que los científicos deben superar para lograr la liberación controlada de energía de las reacciones de fusión. Los núcleos cargados deben mantenerse juntos lo suficientemente cerca y el tiempo suficiente para que comience la reacción de fusión. Los científicos estiman que el plasma necesita mantenerse unido a 40.000.000 K durante aproximadamente un segundo.

Contención

La contención es el principal problema al que se enfrenta la investigación sobre la fusión. A 40.000.000 de K, todo es un gas. Las mejores cerámicas desarrolladas para el programa espacial se vaporizarían cuando se exponen a esta temperatura.

Debido a que el plasma tiene una carga, los campos magnéticos pueden ser usados para contenerlo – como una botella magnética. Pero si la botella gotea, la reacción no tendrá lugar. Y los científicos aún no han creado un campo magnético que no permita que el plasma se filtre.

Usando láseres para zapatear la mezcla de isótopos de hidrógeno y proporcionar la energía necesaria para evitar el problema de contención. Pero los científicos no han descubierto cómo proteger los láseres de la reacción de fusión.

El futuro de la fusión nuclear

La ciencia puede estar a sólo unos años de demostrar que la fusión puede funcionar: Este es el punto de equilibrio, en el que obtenemos más energía de la que invertimos. Pasarán varios años antes de que se desarrolle un reactor de fusión en funcionamiento. Pero los científicos son optimistas en cuanto a que se logrará una energía de fusión controlada. Las recompensas son grandes – una fuente ilimitada de energía no contaminante.

Un subproducto interesante de la investigación de la fusión es el concepto de antorcha de fusión. Con esta idea, el plasma de fusión, que debe ser enfriado para producir vapor, se utiliza para incinerar basura y residuos sólidos. A continuación, los átomos individuales y las pequeñas moléculas que se producen se recogen y se utilizan como materia prima para la industria. Parece una forma ideal de cerrar el círculo entre los residuos y las materias primas. El tiempo dirá si este concepto finalmente lo llevará a la práctica.