FUSIÓN NUCLEAR

Fusión nuclear es un proceso físico mediante el cual dos o varios núcleos de átomos ligeros se unen para formar un núcleo más pesado.

Representación de la energía obtenida en una central termonuclear mediante el proceso de fusión.
Fusión nuclear

Cuando dos o más núcleo de átomos ligeros se unen entre sí formando un átomo más pesado podemos decir que ha ocurrido un proceso de fusión nuclear. Generalmente los átomos que se fusionan son los de hidrógeno y sus isótopos liberando partículas. Durante una fusión se libera energía si los átomos que se fusionan si la masa de los núcleos fusionados es menor que la del hierro. Si, por el contrario, las masas de los núcleos que se fusionan son mayores que las del hierro pues el procesado ocurre absorbiendo energía.

Un ejemplo de una fusión nuclear natural ocurre dentro de nuestra estrella, el sol. En el núcleo del sol se fusionan los átomos de hidrógeno formando como resultado átomos de helio. Todo esto ocurre gracias a las altas temperaturas presentes en el núcleo del sol, de aproximadamente 15 millones de Kelvin. Durante este proceso se libera una enorme cantidad de energía en forma de luz y calor la cual es percibida por nosotros en la tierra y de la que depende toda la vida en el planeta. De acuerdo a las características planteadas anteriormente, las reacciones de fusión son conocidas como termonucleares.

Proceso de fusión nuclear natural dentro del sol.
Fusión nuclear natural.

Lograr la fusión nuclear artificial es el gran reto de la tecnología. Esta sería una fuente de energía inagotable ya que el hidrógeno se encuentra en cantidades infinitas en el planeta. La energía que se libera en forma de calor, y, dentro de las centrales nucleares, sería utilizada para generar vapor a partir del agua, que, a su vez, sería utilizada para accionar un conjunto de turbinas cuyo movimiento generará la energía eléctrica que nosotros utilizaremos posteriormente. Este proceso cumple claramente el principio de conservación de la energía.

Condiciones necesarias para que se produzca un evento de fusión.

Lograr un proceso de fusión no es sencillo. Como seguro conocerás, el átomo se compone de una envoltura y un núcleo. En el núcleo encontramos protones los cuales están cargados positivamente. De seguro habrás observado que dos imanes se repelen si los juntas por el mismo polo. Pues en los átomos ocurre igual, dos núcleos que están cargados con la misma carga positiva se repelerán de forma natural.

Continuando con el ejemplo de los imanes, si usted imprime la fuerza necesaria lograr superar la barrera de la repulsión y unirá los dos imanes. Pues el principio es el mismo para lograr que dos núcleos atómicos se unen o fusionen. Lo que usted ha hecho con los imanes es aplicar energía cinética, pues en los núcleos debemos aplicar algún tipo de energía que induzca la fusión.

Las fuerzas electrostáticas que ocurren entre los protones los mantiene alejados unos de otros. Para que dos núcleos se puedan fusionar debe superarse esta barrera, e inducir fuerzas superiores a la que mantiene en repulsión a los protones del núcleo. En el proceso de fusión es necesario suministrar tasas de energía muy elevadas. El objetivo de esta energía es que la fuerza de atracción nuclear entre dos átomos supere a la fuerza electrostática que los mantiene alejado.

Métodos para lograr la fusión nuclear.

Como ya hemos explicado anteriormente es necesario que se establezcan las condiciones necesarias para lograr la fusión. Teóricamente se ha propuesto muchos métodos para lograr estas condiciones. El proceso de la fusión nuclear artificial consta de varias partes, primero suministrar la energía necesaria y luego contener y estabilizar la reacción hasta que se logre la fusión.

Formas de suministrar la energía para lograr la fusión nuclear

Entre los métodos propuesto para lograr la fusión termonuclear está el de utilizar aceleradores de partículas para imprimir energía cinética a los átomos. Los aceleradores de partículas imprimen grandes velocidades a las partículas para hacerlas chocar con los átomos y que estos adquieran la aceleración necesaria para romper la energía electrostática.

Otra forma posible es la de tratar de recrear el proceso que ocurre en las estrellas y calentar a temperaturas gigantescas los átomos de hidrógeno y que estos se fusionen. El problema con esta técnica es el rendimiento, ya que no es posible obtener una energía de ganancia del proceso mucho mayor que la energía aplicada para que la fusión ocurra.

Contención del proceso de fusión nuclear.

No obstante, el problema no radica solamente en lograr que los núcleos de los átomos se acerquen los suficiente para que se fusionen, es necesario que todo el proceso sea estable. Un problema es el de contener la reacción de fusión. Si calentamos el hidrógeno a altas temperaturas obtendremos el cuarto estado de la materia o plasma. Esta masa gaseosa está compuesta por electrones libres y átomos altamente ionizados. A raíz de las propias características del plasma es bastante complicado controlarlo el tiempo suficiente en un reactor nuclear para que la fusión sea lograda.

Los depósitos convencionales con paredes de metal no son factibles para contener el plasma. Actualmente se estudian y desarrollan principalmente dos métodos con el objetivo de lograr el confinamiento adecuado para lograr la fusión:

  • Confinamiento Inercial: Este tipo de confinamiento plantea crear un medio sumamente denso donde las partículas no puedan escapar sin chocar entre sí. Para lograr este medio, se aplica un láser a una esfera de deuterio y tritio lo cual provoca su implosión. Esto significa que la esfera se hace cientos de veces más densa que en su estado sólido normal y lográndose así la reacción de fusión nuclear.
  • Confinamiento magnético: Ya que las partículas de plasma están eléctricamente cargadas, la idea es crear un campo magnético de las que estas no puedan escapar. Esto utiliza el principio de repulsión, ya que si creamos un campo magnético con la misma carga de las partículas de plasma estas se mantendrán dentro del campo. Si el espacio de este campo es reducido se podría lograr la fusión nuclear.

Ventajas de la fusión nuclear

Antes de enumerar las posibles ventajas de la fusión nuclear es válido aclarar que en la actualidad todavía no es posible lograr un proceso de fusión que sea rentable para la obtención de energía. Los científicos continúan avanzando en solventar las barreras para lograr la fusión nuclear ya que es muy ventajosa en comparación con la energía obtenida por fisión.

La energía generada por la fusión nuclear es sumamente limpia y no contamina el medio ambiente. No se generan elementos radioactivos que haya que tratar y almacenar de maneras especiales. En cuanto al combustible, pues ya que se utiliza el hidrógeno hay bastante abundancia y es muy barato obtenerlo. Y, aún más importante, la seguridad de este proceso es sumamente superior al del proceso de fusión.

Si una central termonuclear dejará de funcionar u ocurriera algún accidente, sencillamente el reactor se apagaría y todo el proceso se detendría. Es decir, que en el futuro estaríamos seguros de que no volvieran a ocurrir eventos como los de Chernóbil o Fukushima.

Conclusiones.

La búsqueda de tecnologías para la producción de energía más limpias y que no destruyan el medio ambiente tiene que ser una prioridad para la raza humana de hoy. Por este camino transita el desarrollo de la tecnología de fusión nuclear, que, si cumple con lo que promete en teoría, quizás podría constituir la solución energética de la humanidad.