El proceso de la fusión

La reacción de fusión de Deuterio-Tritio, con los productos de Helio y un neutrón

La reacción de fusión de Deuterio-Tritio con los productos de la misma, un núcleo de Helio y un neutrón

La reacción de fusión es el proceso mediante el cual dos núcleos ligeros se unen para formar un nucleo más pesado. Dependiendo de los elementos que se fusionen, la masa del núcleo resultante puede ser ligeramente inferior a la suma de las masas de los núcleos ligeros. La diferencia de masa se libera en forma de energía en la reacción según la ecuación E = mc2. Esto es mucha energía. Por tanto, la fusión nuclear es una forma muy eficiente para generar energía, mucho más que cualquier proceso químico, tal como la quema de madera o petróleo: una reacción de fusión puede liberar aproximadamente 10 millones de veces la energía liberada por una reacción química.

Desfortunadamente, los dos nucleos ligeros se encuentran cargados positivamente y se repelen. Para superar esta fuerza de repulsión y que la fuerza nuclear (siempre atractiva y de corto alcance) pueda actuar, los núcleos deben moverse a velocidades suficientemente altas (lo cuál implica una temperatura muy elevada). A muy altas temperaturas el combustible se encuentra en forma de plasma (los electrones dejan de estar ligados a los núcleos atómicos). Para que se produzca un número suficiente de reacciones de fusión debe haber un número suficiente de núcleos atómicos (alta densidad) y han de permanecer en esta situación durante un tiempo suficientemente largo como para que las reacciones nucleares tengan lugar. En este estado se dice que existe ‘confinamiento’ del combustible (plasma). La calidad de confinamiento se mide por el triple producto de la densidad del plasma, de su temperatura, y del tiempo de confinamiento. Cuando el producto de estas tres cantidades excede un determinado valor (dado por el ‘criterio de Lawson’ ) entonces podemos decir que el plasma se encuentra en ignición, es decir, la energía liberada por las reacciones de fusión es suficiente para mantener la temperatura del plasma.

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El Sol. Cortesía de Solar Dynamics Observatory (NASA)

En las estrellas,  y por tanto en nuestro sol, el confinamiento del plasma viene dado por la enorme fuerza gravitatoria. En la tierra hay dos métodos principales para conseguir el confinamiento: el confinamiento inercial, que se consigue comprimiendo una pastilla de combustible mediante láseres, y el confinamiento magnético, que se obtiene aplicando un campo magnético muy intenso.

Las diferentes reacciones de fusión posibles requieren distintos valores de temperatura y densidad para alcanzar una eficiencia óptima. Los estudios actuales se concentran principalmente en la reacción Deuterio-Tritio (dos isótopos del Hidrógeno), ya que esta es una de las más fáciles de conseguir, aunque es posible que los reactores del futuro se basen en otras reacciones. Incluso para esta reacción, las temperaturas requeridas superan los 100 milliones de grados centígrados. Estas condiciones ya se han conseguido en el laboratorio.

La fusión como método de generación de energía tiene importantes ventajas medioambientales y de seguridad. Ya que la reacción de fusión no es una reacción en cadena, no es posible que se pierde el control de la misma. En cualquier momento se puede parar la reacción, cerrando sencillamente el suministro de combustible. La materia para el combustible, deuterio y litio, está disponible en cualquier parte, y hay suficiente materia para la generación de energía durante millones de años. Además, la fusión no produce gases que contribuyan al efecto invernadero. La reacción en sí sólo produce helio, un gas no nocivo, usado para los globos de los niños.

El aspecto de seguridad más importante de un reactor de fusión es la presencia de tritio, un gas radioactivo que se produce dentro del reactor mismo a partir de litio. Debido a esto, no hay necesidad de transportes de material radioactivo desde fuera hacia el reactor. La cantidad de tritio que se necesita en cada momento es muy pequeña, así que una central basado en este principio nunca contendría una gran cantidad del mismo. La pared del reactor de fusión, expuesta a las radiaciones provenientes del plasma, sí se vuelve radioactiva después de un tiempo, pero la mayor parte de esta radioactividad desaparecerá en un plazo medio de unos cincuenta años, de tal modo que los reactores de fusión no suponen una carga para las generaciones futuras.

La meta de la investigación internacional en el campo de la fusión es diseñar un prototipo de central de generación de energía de fusión, que cumpla con los requisitos de la sociedad: a saber, que sea seguro, fiable, sostenible, sin dañar el medioambiente y económicamente viable. En las últimas décadas se ha avanzado de manera importante en cuanto al conocimiento científico y técnico necesario en este campo.