La fusión nuclear

La fusión nuclear es una reacción en la que se unen dos núcleos ligeros para formar uno más pesado.Este proceso desprende energía porque el peso del núcleo pesado es menor que la suma de los pesos de los núcleos más ligeros. Este defecto de masa se transforma en energía (relacionadas mediante la fórmula E = mc2), aunque el defecto de masa es muy pequeño y la ganancia por tanto es muy pequeña, se ha de tener en cuenta que es una energía muy concentrada, en un gramo de materia hay millones de átomos, con lo que con una pequeña cantidad de combustible proporciona mucha energía.

No todas las reacciones de fusión producen la misma energía, depende siempre de los núcleos que se unen y de los productos de la reacción. La reacción más fácil de conseguir es la de deuterio (un protón y un neutrón) y tritio (un protón y dos neutrones) para formar helio (dos neutrones y dos protones) y un neutrón, liberando una energía de 17,6 MeV.

Es una fuente de energía prácticamente inagotable, ya que el deuterio se encuentra en el agua de mar y el tritio es fácil de producir a partir del neutrón que escapa de la reacción.

La tecnología utilizada en fusión

Esta reacción que se ha descrito en el apartado anterior es la más fácil de conseguir, pero no quiere decir que sea sencillo lograr energía de las reacciones de fusión. Para ello se deben unir los núcleos de dos átomos, el problema radica en que los núcleos de los átomos están cargados positivamente, con lo que cuanto más se acerquen más se repelen. Una posible solución sería acelerarlos en un acelerador de partículas y hacerlos chocar entre sí pero se utilizaría más energía en acelerarlos que la que se obtendría con las reacciones.

Fusión por confinamiento inercial

Para solucionar este problema se comprimen esferas de combustible mediante haces de láseres o de partículas teniendo así la llamada fusión por confinamiento inercial en la que se obtienen densidades muy elevadas, de manera que los núcleos están muy cercanos entre ellos, y por efecto túnel se fusionan dando energía.

Fusión por confinamiento magnético

La otra forma de producir reacciones de fusión de manera que se gane energía es calentando el combustible hasta temperaturas de millones de grados de manera que choques entre núcleos sean por agitación térmica, aquí también se aprovecha el efecto túnel. Como al estar a tan alta temperatura el combustible se disocia en partículas con cargas positivas y negativas, éste se puede controlar mediante campos magnéticos, ésta es la fusión por confinamiento magnético.

Ventajas de la fusión

La fusión nuclear es un recurso energético potencial a gran escala y cuenta con grandes ventajas respecto a otros tipos de recursos:

Los combustibles primarios son baratos, abundantes, no radiactivos y repartidos geográficamente de manera uniforme (el agua de los lagos y los océanos contiene hidrógeno pesado suficiente para millones de años, al ritmo actual de consumo de energía).

Sistema intrínsecamente seguro: el reactor sólo contiene el combustible para los diez segundos siguientes de operación. La reacción de fusión no es una reacción en cadena, no es posible que se pierda el control. En cualquier momento se puede parar la reacción, cerrando sencillamente el suministro de combustible.

La fusión no produce gases que contribuyan al efecto invernadero. La reacción en sí sólo produce helio, un gas no nocivo.

La radiactividad de la estructura del reactor, producida por los neutrones emitidos en las reacciones de fusión, puede ser minimizada escogiendo cuidadosamente los materiales, de baja activación. Por tanto, no es preciso almacenar los elementos del reactor más de cincuenta años.

ITER: el experimento de fusión más grande del mundo

Con sus 23 000 toneladas de peso y casi 30 metros de altura, el ITER será algo digno de admirar. Este reactor de fusión nuclear ocupará el centro de un complejo de 180 hectáreas que también incluirá instalaciones y equipo auxiliar. Las enormes dimensiones del ITER —término latino que significa “camino”— superarán con creces las de los reactores experimentales de fusión de mayor tamaño actualmente en funcionamiento: el Toro Europeo Común (JET), en el Reino Unido, y el JT-60SA, un proyecto conjunto de Europa y el Japón que se encuentra en el país nipón.

Pero, ¿qué puede llegar a ofrecer el ITER y, en la era de la miniaturización y la optimización, por qué es necesario construir un dispositivo de investigación de tales proporciones?

Uno de los objetivos principales del ITER es demostrar que las reacciones de fusión pueden producir una cantidad de energía mucho mayor que la suministrada para iniciar el proceso de reacción, lo que resultará en una ganancia global de energía. Los reactores como el ITER reciben el nombre de tokamaks y utilizan una combinación de sistemas caloríficos, potentes imanes y otros dispositivos para crear reacciones de fusión en plasmas extremadamente calientes y liberar así energía. Los campos magnéticos resultantes mantienen unidas las partículas cargadas y las hacen girar dentro de la vasija del reactor, que tiene forma de dónut, para que puedan fusionarse y producir energía de fusión.

En cuanto a la cuestión del tamaño, los tokamaks más grandes ofrecen un mejor aislamiento y confinan durante más tiempo las partículas generadas por la fusión, produciendo así más energía que los dispositivos de menor tamaño.

Un importante indicador del rendimiento de un reactor es su ganancia de energía de fusión, es decir, la relación entre la energía de fusión producida y la inyectada en el plasma para iniciar la reacción, que se expresa mediante el símbolo “Q”.

Hasta el momento, el JET ha obtenido los mejores resultados, con un valor Q de 0,67, al producir 16 megavatios (MW) de energía de fusión a partir de 24 MW de energía calorífica. Con todo, para producir electricidad se necesitarán valores Q mucho más elevados.

Estos son algunos de los experimentos iguales y similares que buscan lograr este objetivo de consolidación energética :

Espejo magnético

• Tablero / Toytop, Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , Livermore CA.
• DCX / DCX-2, Laboratorio Nacional Oak Ridge
• ORGA, Akademgorodok, Rusia.
• Béisbol I / Béisbol II Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , Livermore CA.
• 2X / 2XIII / 2XIII-B, Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , Livermore CA.
• TMX, TMX-U Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , Livermore CA.
• Laboratorio Nacional Lawrence Livermore MFTF , Livermore CA.
• Trampa dinámica de gas en el Instituto Budker de Física Nuclear , Akademgorodok, Rusia.

Pinza en Z toroidal

• Perhapsatron (1953, Estados Unidos)
• ZETA (Ensamblaje termonuclear de energía cero) (1957, Reino Unido

Pellizco de campo invertido (RFP)

• ETA-BETA II en Padua, Italia (1979-1989)
• RFX (Experimento de campo inverso), Consorzio RFX, Padova, Italia
• MST (Madison Symmetric Torus), Universidad de Wisconsin – Madison , Estados Unidos
• T2R, Real Instituto de Tecnología , Estocolmo, Suecia
• TPE-RX, AIST , Tsukuba, Japón
• KTX (Keda Torus eXperiment) en China (desde 2015)

Spheromak

• Experimento de física sostenido de Spheromak

Configuración de campo invertido (FRC)

• C-2 Tri Alpha Energy
• C-2U Tri Alpha Energy
• Tecnologías C-2W TAE
• Universidad LSX de Washington
• Universidad IPA de Washington
• Universidad HF de Washington
• IPA- Universidad HF de Washington

Líneas de campo abierto

Pellizco de plasma

• Trisops – 2 pistolas theta-pinch enfrentadas

Dipolo levitado

• Experimento del dipolo levitado (LDX), MIT / Universidad de Columbia , Estados Unidos 

Confinamiento inercial Impulsado por láser Instalaciones experimentales actuales o en construcción

Láseres de estado sólido

• Instalación Nacional de Ignición ( NIF ) en LLNL en California, EE. UU. 
• Laser Mégajoule del Commissariat à l’Énergie Atomique en Burdeos, Francia (en construcción) 
• OMEGA EL Laser en el Laboratorio de Energética Láser , Rochester, EE. UU.
• Gekko XII en el Instituto de Ingeniería Láser de Osaka, Japón
• Láseres ISKRA-4 e ISKRA-5 en el Centro Nuclear Federal Ruso VNIIEF 
• Láser Pharos , 2 haces 1 kJ / pulso (IR) Nd: Láser de vidrio en los Laboratorios de Investigación Naval
• Láser Vulcan en la instalación central de láser, laboratorio Rutherford Appleton , láser Nd: vidrio de 2,6 kJ / pulso (IR)
• Láser Trident , en LANL ; 3 haces en total; 2 vigas de 400 J, 100 ps – 1 us; 1 haz ~ 100 J, 600 fs – 2 ns.
• Láseres de gas
• Láser NIKE en los Laboratorios de Investigación Naval , láser de gas de fluoruro de criptón
• PALS , anteriormente “Asterix IV”, en la Academia de Ciencias de la República Checa, 1 kJ máx. Salida de láser de yodo a una longitud de onda fundamental de 1.315 micrómetros
• Instalaciones experimentales desmanteladas
• Láseres de estado sólido
• Láser de 4 pi construido a mediados de la década de 1960 en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore
• Láser de largo recorrido construido en LLNL en 1972
• El láser Janus de dos haces construido en LLNL en 1975
• El láser Cyclops de dos haces construido en LLNL en 1975
• El láser Argus de dos haces construido en LLNL en 1976
• El láser Shiva de 20 haces construido en LLNL en 1977
• Láser OMEGA de 24 haces completado en 1980 en el Laboratorio de Energética Láser de la Universidad de Rochester
• El láser Nova de 10 haces ( desmantelado ) en LLNL . (Primera toma tomada, diciembre de 1984; última toma tomada y desmantelada en 1999)

Láseres de gas

• “Single Beam System” o simplemente “67” después del número del edificio en el que se encontraba, un láser de dióxido de carbono de 1 kJ en el Laboratorio Nacional de Los Alamos
• Láser Géminis , 2 rayos, láser de dióxido de carbono de 2,5 kJ en LANL
• Láser Helios , 8 haces, láser de dióxido de carbono de ~ 10 kJ en LANL – Medios en Wikimedia Commons
• Láser Antares en LANL . ( Láser de CO _{2 de} 40 kJ , el más grande jamás construido, la producción de electrones calientes en el plasma objetivo debido a la longitud de onda larga del láser dio como resultado un acoplamiento deficiente de energía láser / plasma)
• Aurora láser 96 haz 1,3 kJ láser de fluoruro de criptón total (KrF) en LANL
• Sprite láser de pocos julios / láser de pulso en la Central Laser Facility, Rutherford Appleton Laboratory

Z-Pinch

• Instalación de energía pulsada Z
• Dispositivo ZEBRA en la instalación de Tera vatios de Nevada de la Universidad de Nevada 
• Acelerador de Saturno en el Laboratorio Nacional Sandia 
• MAGPIE en el Imperial College de Londres
• COBRA en la Universidad de Cornell
• PULSOTRON 

Confinamiento electrostático inercial

• Fusor
• Polywell

Fusión objetivo magnetizado

• FRX-L
• FRCHX
• General Fusión – en desarrollo
• Proyecto LINUS

Aunque se ha logrado un gran avance con todos esos experimentos la realidad es que aún se está buscando un sistema totalmente autónomo y eficaz que unifique bilateralmente la conversión de energía de una manera efectiva y sobre todo rentable, ya que por el momento se consume más energía de la que se produce y es precisamente esta la gran limitante que se tiene actualmente , aún con tanto por resolver no se pierde la mira en el objetivo final pues de ser posible es Muy emocionante imaginar cómo con esta energía se producirá tanta como un barril de petróleo como tan solo un vaso de agua , además de que está la ventaja de que el combustible es muy abundante en nuestro planeta en gran manera , esto refiriéndose al deuterio pero el tritio es otra cosa pues es extremadamente escaso , antes esto se usó como alternativa el Elio-3 pero desafortunadamente igual es bastante escaso, es entonces que se han optado por ideas que parecen sacadas de una epica historia de ciencia ficción ya que los científicos tienen la hipótesis de que en la Luna se han creado  grandes depósitos de Elio-3 gracias al viento solar de está manera este combustible ahorraría la producción y requeriría la extracción , siendo esta una razón enorme para la ambiciosa expansión con bases lunares y aunque muchos creen que esté tipo de producción de energía es peligroso la realidad es que es bastante seguro y controlado en comparación a otras , aún estamos muy lejos de encontrar una solución a esto y como mayor contratiempo está El exorbitante costó que resultaría un sistema tan complejo cómo esto

¿Será posible algún día poseer está tecnología? O acaso las limitante sociales como conglomerado humano son más peligrosas!