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Fusión Nuclear

La fusión nuclear es la forma de energía que cuenta con más expectativas por parte de la comunidad científica como solución a la crisis energética actual…

Reacciones Nucleares

 Reacción de fusión entre deuterio y tritio…

Reacción de fusión entre deuterio y tritio…

Las dos fuentes de energía más rentables energéticamente, en la naturaleza, son la fisión nuclear y la fusión nuclear. Esto es así porque mediante ellas se transforma la masa en energía, según la ecuación de Einstein:

Las centrales nucleares que conocemos, o las bombas atómicas, están basadas en la fisión nuclear, proceso en el cual un núcleo atómico se divide en varios menores. La masa sumada de los núcleos resultantes no alcanza a la del núcleo original fisionado, ya que esta diferencia se ha convertido en energía.

Fusión Nuclear

El Sol es una estrella de mediano tamaño que alimenta la vida en el sistema solar gracias a las reacciones nucleares que se producen constantemente en su interior. Una reacción nuclear de fusión consiste en la unión de dos átomos para formar otro más pesado y produciendo energía, como consecuencia de la diferencia de masa de los átomos iniciales y del resultante. Otro ejemplo es la bomba de hidrógeno, en la que se produce una reacción nuclear de fusión, mediante la activación con una reacción de fisión nuclear.

La reacción de fusión con menor umbral de energía, es decir, mínimo aporte energético necesario para accionar la reacción (similar a la chispa de un mechero) al vencer la repulsión coulombiana, es la que produce entre dos isótopos (mismo número de protones y distinto de neutrones en el núcleo) del hidrógeno: el deuterio y el tritio. Esta energía de 10 keV se obtienen mediante un intenso calentamiento (igual que en las estrellas, donde se alcanzan temperaturas de 10e8 K), que implica un movimiento de los átomos igual de elevado.

Además de esa velocidad, la probabilidad de que suceda debe ser elevada, para que la reacción suceda, por lo que deben haber suficientes átomos con esa energía, y durante un tiempo mínimo, todo ello relacionado según el criterio de Lawson. La energía liberada por gramo con esta reacción es casi 1.000 veces mayor que la lograda en la fisión de 1 gramo de uranio natural (unas 7 veces superior si fuera un gramo de 235U puro).

Cómo Conseguir Reacciones Nucleares

Vista interior del JET, un toroide magnético tipo Tokamak , utilizado para confinar plasma a altas temperaturas usando campos magnéticos…

El mayor problema con que cuenta esta fuente de energía es la enorme cantidad de energía requerida para iniciar la reacción, así como mantenerla durante un tiempo. Actualmente se está experimentado con 2 formas de conseguir la energía nuclear de fusión. El confinamiento inercial consiste en contener la fusión mediante el empuje de partículas o de rayos láser proyectados contra una partícula de combustible, que provocan su ignición instantánea. Esta línea de investigación se ha visto que es inviable debido

El confinamiento magnético consiste en contener el material a fusionar en un campo magnético mientras se le hace alcanzar la temperatura y presión necesarias. El hidrógeno a estas temperaturas alcanza el estado de plasma.

Actualmente se ha producido energía de fusión nuclear en dos proyectos distintos, el JET (Joint European Torus) de la Unión Europea en Oxfordshire, y el TFTR (Toroidal Fusion Thermonuclear Reactor) en Princeton. Los dos son dispositivos de fusión por confinamiento magnético. En 1991, en el JET se obtuvo un pico de 1’7 MW y en 1997 16’1 MW a costa de utilizar 25,7 MW para calentar el plasma, mostrando así su inviabilidad actual.

El siguiente paso es construir un reactor para producir energía eléctrica a partir de la de fusión. Este reactor será ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), actualmente en fase de diseño y que construirá en Francia, concebido para producir diez veces más energía de la necesaria para inducir la fusión, mediante el modelo Tokamak. Para el diseño y construcción de este gran reactor se han asociado la Unión Europea, Rusia, EE.UU. China, Corea del Sur, India y Japón, ya que el esfuerzo tecnológico y económico no puede ser afrontado por un solo país (El costo estimado total del proyecto se calcula en unos 10.300 millones de euros en los próximos 10 años). Con una altura total de 30 metros y una anchura de 40, la vasija del ITER, en forma de donut, tendrá un radio de 6,2 metros, 5.400 toneladas de peso, y una capacidad de generación de 500 MW, el equivalente a la producción de una planta eléctrica de tamaño medio. El sistema de confinamiento magnético, fabricado con materiales superconductores, inducirá una corriente eléctrica en el plasma para mantenerlo en condiciones estables.

Fusión Fría

Cápsula de combustible preparada para el reactor de fusión de confinamiento inercial NIF, rellena de deuterio y tritio…

Cápsula de combustible preparada para el reactor de fusión de confinamiento inercial NIF, rellena de deuterio y tritio…

En 1989, dos químicos norteamericanos de la Universidad de Utah (Martin Fleischmann y Stanley Pons) aseguraron en una conferencia haber logrado la fusión en frío a través de la electrolisis, con una barra de paladio rodeada de hilo de platino, sumergida en agua pesada (rica en deuterio). Sin embargo, éste no pudo nunca ser reproducido, además de contar con incongruencias, por lo que no fue tomado en consideración. Poco después, el profesor italiano Scaramuzzi cambió algunos elementos del experimento y demostró que la fusión en fría es posible. En la actualidad se está aplicando la técnica de la sonoluminiscencia para conseguir guión en frío, que consiste básicamente en la emisión de luz por los líquidos sometidos a ultrasonidos.

Ventajas e Inconvenientes de la Fusión

La energía nuclear de fusión, hoy por hoy, no es viable para generar electricidad. No habrá posibilidad de levantar centrales nucleares de fusión, por lo menos hasta mediados del presente siglo. Sin embargo, la fusión nuclear es un recurso energético potencial a gran escala, que puede ser muy útil para cubrir la crisis energética actual y el esperado aumento de demanda.

Entre sus ventajas cuenta con que los combustibles primarios son abundantes, no radioactivos y repartidos geográficamente de manera uniforme. El deuterio se obtiene del agua, y el tritio del litio, un elemento bastante abundante. Además, no provoca humos ni polución de ningún tipo, por lo que es un buen sustituto de los combustibles fósiles. Piensa que, cuando menos en teoría, de 500 litros de agua y 30 g de litio se pueden obtener 10 g de deuterio y 15 g de tritio, los cuales bastan para satisfacer todas las necesidades energéticas de cualquier persona de un país desarrollado en su vida.

También es un sistema intrínsecamente seguro ya que el reactor sólo contiene el combustible para los diez segundos siguientes de operación. Además, La fusión nuclear es muy estable. No produce reacción en cadena, y si surge algún problema en el reactor, la reacción se detiene espontáneamente. Según sus detractores, las centrales nucleares de fisión también producen basura nuclear, aunque en una menor cuantía, y sus costes de experimentación son astronómicos…

Referencias:
http://www-sen.upc.es/fusion/fusexpo/fusio.htm
http://www.jet.efda.org/pages/fusion-basics.html
http://www.arrakis.es/~lallave/nuclear/fusion.htm

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