Fusión nuclear

Hay que tener muy bien diferenciadas las ideas sobre la fusión nuclear de fisión nuclear, ya que mucha gente se confunde cuando utiliza esos términos. La fisión nuclear es el proceso de dividir el núcleo de un átomo lo que produce una liberación de energía nuclear  y es la que se utiliza ahora en algunos países y la que provoco el desastre de Chernobyl,  y fusión nuclear es la unión dos núcleos para obtener energía, la cual es limpia ya que no contamina e casi inagotable ya que se obtiene del agua de mar.

¿Qué es la fusión nuclear?

Es una reacción en la que dos núcleos ligeros, en general el hidrógeno y sus isótopos (deuterio y tritio), se unen para formar uno más pesado. En este proceso se desprende una gran cantidad de energía porque el peso del núcleo pesado es menor que la suma de los pesos de los núcleos ligeros. Esto lo podemos ver a diario en la energía solar que tiene su origen en la fusión de núcleos de hidrógeno, generando helio y libreando una gran cantidad de energía que llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética. Este defecto de masa se transforma en energía (relacionadas mediante la famosa fórmula de Albert Einstein E=mc^2), la masa es muy pequeña, pero da mucha energía porque esta muy concentrada, por lo que con una sola gota se podría obtener mucha energía.

Esto es muy difícil de conseguir pero la forma más fácil sería uniendo un deuterio (protón+neutrón) y tritio (protón+dos neutrones) para formar helio (dos neutrones+dos protones) y un neutrón. Es una fuente de energía inagotable, ya que el deuterio esta en el agua de mar y el tritio en fácil de conseguir a partir del neutrón que escapa de la reacción. En la imagen de la derecha se puede observar los elementos que se unen, las bolas rojas son protones y las bolas blancas neutrones.

Hay que suministrar a los núcleos la energía cinética necesaria para que se aproximen los núcleos reaccionantes, venciendo así las fuerzas de repulsión electrostáticas. Por ello hay que calentar el gas hasta temperaturas muy elevadas. El gas sobrecalentado a tan elevadas temperaturas recibe el nombre de plasma.

¿ Cuáles son los combustibles de esta fusión?

El deuterio es un isótopo estable del hidrógeno formado por un protón y un neutrón. Su abundancia es de un átomo por cada 6500 átomos de hidrógeno, lo que significa que con el contenido de deuterio existente en el agua de mar es posible obtener una energía inagotable mediante la fusión nuclear. Esta energía además de ser casi inagotable es mucho mejor que el petroleo ya que por cada litro de agua se puede obtener tanta energía como 250 litros de petróleo.

El otro elemento empleado en la fusión nuclear es el Tritio, es el isotopo inestable o radiactivo de átomo de hidrógeno. Esta compuesto por un protón y dos neutrones. Este, a diferencia del deuterio, es escaso en la naturaleza pero puede ser generado por reacciones de captura neutrónica con los isotopos del Litio, material abundante en la corteza terrestre y en el agua de mar.

Requisitos para poder obtener energía a partir de la fusión nuclear

-Temperatura muy elevada para poder separar los electrones del núcleo y que éste se aproxime a otro venciendo las fuerzas de repulsión electrostáticas.

-Confinamiento necesario para mantener el plasma a elevada temperatura durante un tiempo mínimo.

-Densidad del plasma suficiente para que los núcleos estén cerca unos de otros y pueda dar lugar a reacciones de fusión.

Los confinamientos convencionales no son factibles debido a las altas temperaturas del plasma. Por ello, se encuentra en desarrollo  dos métodos de confinamiento:

-Fusión nuclear por confinamiento inercial (FCI): consiste en crear un medio tan denso que las partículas no tengan casi ninguna posibilidad de escapar o chocar entre sí. Una pequeñas esfera compuesta por deuterio y tritio es impactada por un haz de láser para calentarla y así provocándose su implosión, el cuál se utilizó hace poco el más grande del mundo para esto. Así, se hace cientos de veces más densa y explosiona bajo los efectos de la reacción de fusión nuclear.

-Fusión nuclear por confinamiento magnético (FCM): Las partículas eléctricamente cargadas del plasma son atrapadas en un espacio reducido por la acción de un campo magnético. Con el uso de los campos electromagnéticos se consigue que las partículas del plasma se aceleren, evitando que sigan caminos aleatorios y puedan reaccionar con más facilidad. El dispositivo más desarrollado tiene forma toroidal o forma de “donut” y se denomina TOKAMAK, aunque también hay otro modelo en el que se construyen zonas de alta densidad electromagnética en los extremos que reflejaría las partículas dentro de la región donde el campo es inferior, este modelo sería el de los espejos electromagnéticos.

Aspectos generales de las reacciones de la fusión nuclear

Las reacciones que se producen son las siguientes:

deuterio + tritio = 4He + neutrón +  1865.6 eV

deuterio + deuterio = 3He + neutrón + 339.2 eV

deuterio + deuterio = tritio + protón + 427.18 eV

Centros y proyectos en la investigación de la fusión nuclear

TOKAMAK JT-60

Es el proyecto más importante del programa magnético de fusión de Japón, el cual esta a manos de la Agencia de Energía Atómica de Japón. Lleva en funcionamiento desde 1985 y actualmente es el proyecto desarrollado más elaborado. Tiene forma de D poloidal sección transversal, similar a JET y utiliza una campo magnético de forma toroidal. Los resultados que se obtengan en este serán muy importantes para el ITER, pero actualmente se está desmontando para construir el JT-60SA mediante el uso de niobio-titano superconductor en bobinas. Los plazos de construcción son hasta 2016, a no ser que haya algún problema, cumplirá la fecha.

CIEMAT

El CIEMAT (Centro de Investigación Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas) está estudiando la Fusión nuclear por el método de confinamiento magnético y realiza actividades de I+D para el desarrollo de la fusión por confinamiento magnético como futura fuente de energía. Su actividad principal está relacionada con el estudio del proyecto Heliac Flexible TJ-II y de los sistemas auxiliares asociados, como el calentamiento y el diagnóstico de los futuros reactores de fusión y participa en la construcción y uso del primer reactor experimental ITER, del cual hablamos abajo. Estudia estos proyectos desde tres frentes:

1) Física de la fusión. Centrada en la mejora de la Instalación de TJ-II, incluyendo el desarrollo de actividades de I+D relacionadas con el calentamiento de plasmas. Se dedica a estudiar el calentamiento de plasmas del TJ-II, estudia la física de plasmas, el JET y la operación del Stellator TJ-II.

2)Ingeniería de fusión. Centrada en actividades para stellarator TJ-II y otro dispositivos auxiliares que abarcan la operación técnica, mantenimiento y reparación del reactor. También participa en la construcción del primer reactor experimental de fusión ITER.

3) Tecnologías para fusión. Se centra en clasificar los materiales por sus características y encontrar los mas apropiados para el reactor y que puedan soportar la fusión. También colabora para el programa de IFMIF (International Fusion Materials Irradiaton Facility)

ITER

El ITER (Reactor Experimental Termonuclear Internacional) es el proyecto más avanzado en Fusión nuclear por Confinamiento Magnético, prototipo basado en el concepto Tokamak. En este proyecto participan la Unión Europea, Canadá, EEUU, Japón y Rusia. Para realizar este proyecto se tiene que construir una instalación en la que haya un prototipo del reactor y se pudiera probar sin generar electricidad. El objetivo de este proyecto es determinar la viabilidad técnica y económica de la fusión nuclear por confinamiento magnético para la generación de energía eléctrica.

Este proyecto se estima que este construido en 10 años y luego 20 años de investigación, es decir, que lo más probable si todo sale bien, que para 2040-2050 tengamos energía ilimitada a partir del hidrógeno, pero no creo que llegue a nuestras casas hasta el 2055-2060.

Este proyecto se esta construyendo actualmente al sur de Francia. Iberdrola ha participado en ese proyecto, construyendo unas bobinas toroidales, las cuales serán las encargadas de generar un campo electromagnético que mantendrá confinado el plasma en la cámara del reactor

Ventajas y desventajas

-La fusión nuclear tiene un potencia de fuente inagotable y limpia de energía.

-Es mucho más seguro que la fisión nuclear ya que la propia reacción se detiene al cortar el suministro de combustible, por lo que no necesita una gran seguridad ante posibles errores.

-No provoca humos.

-Los combustibles necesarios para ello están distribuidos por todo el mundo, por lo que, muchos países se ahorraran dinero debido a que ya no compraran más petróleo, pero los países que se mantienen gracias al petróleo entraran en una profunda crisis económica.

-Genera residuos pero son de muy baja actividad.

-Con todo la cantidad de combustible que hay en la Tierra puede dar energía durante 1011 años.

-Utiliza un combustible que es necesario para el planeta, por lo que si no se puede regenerar, estaremos destruyendo todo el planeta, ya que el agua es esencial para que haya vida.

Aquí os dejo un vídeo muy interesante sobre esta energía

Enlaces:

imágenes: www.mundos-fantasticos.com   y    www.inin.gob.mx

información: Foro Nuclear   wikipedia   alt1040   FusiónNuclear.net   Ciemat

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