Fusión nuclear

Fusión nuclear del tipo deuterio-tritio (D-T)

En física y química, la fusión nuclear es el proceso mediante el cual dos núcleos atómicos se unen para formar uno de mayor peso atómico. No debe confundirse con el accidente de las centrales nucleares denominado "fusión del núcleo", que hace referencia a que la parte más "interna" (núcleo) del reactor nuclear se funde (se derrite) como resultado del cese de su adecuado control y refrigeración.

El nuevo núcleo tiene una masa inferior a la suma de las masas de los dos núcleos que se han fusionado para formarlo. Esta diferencia de masa es liberada en forma de energía. La energía que se libera varía en función de los núcleos que se unen y del producto de la reacción. La cantidad de energía liberada corresponde a la fórmula E = mc², donde m es la diferencia de masa observada en el sistema entre antes y después de la fusión y "c" es la velocidad de la luz (300.000 km/s).

Los núcleos atómicos tienden a repelerse debido a que están cargados positivamente, de forma que cuanto más cerca estén más intensa es la fuerza repulsiva. Pero también ocurre otro proceso: existen fuerzas nucleares atractivas que son extremadamente intensas a distancias muy pequeñas. Esto hace que la fusión solo pueda darse en condiciones de temperatura y presión muy elevadas que permitan compensar la fuerza de repulsión. La temperatura elevada hace que aumente la agitación térmica de los núcleos y esto los puede llevar a fusionarse, debido al efecto túnel. Para que esto ocurra son necesarias temperaturas del orden de millones de kelvins. El mismo efecto se puede producir si la presión sobre los núcleos es muy grande, obligándolos a estar muy próximos.

Las necesidades mínimas para producir la fusión se llaman Criterios de Lawson, y son criterios de densidad iónica y tiempo mínimo de confinamiento necesario.

La reacción de fusión más sencilla (esto es, la que requiere menos energía) es la del deuterio y el tritio formando helio.

La fusión nuclear es el proceso que se produce en las estrellas y que hace que brillen. También es uno de los procesos de la bomba de hidrógeno. Al contrario que la fisión nuclear, no se ha logrado utilizar la fusión nuclear como medio rentable (o sea, la energía aplicada al proceso es mayor que la obtenida por la fusión) de obtener energía, aunque hay numerosas investigaciones en esa dirección.

[editar] Desarrollo de la fusión nuclear

Hasta el momento, la fusión nuclear controlada solo se utiliza en la investigación de futuros reactores de fusión, aunque aún no se han logrado reacciones de fusión que sirvan para generar energía de forma útil, algo que se espera lograr con la construcción del ITER en Francia.

El 21 mayo 2006 se anuncia que científicos estadounidenses han superado uno de los problemas de la fusión nuclear usando el modelo Tokamak, el fenómeno llamado modos localizados en el borde, o ELMs (por sus siglas en inglés), que provocaría una erosión del interior del reactor, obligando a su reemplazo frecuentemente. En un artículo publicado el domingo 21 de mayo de 2006 en la revista británica Nature Physics, un equipo dirigido por Todd Evans, de la empresa General Atomics, California, anuncia que un pequeño campo magnético resonante, proveniente de las bobinas especiales ubicadas en el interior de la vasija del reactor, crea una interferencia magnética "caótica" en el borde del plasma que detiene la formación de flujo.

El 24 de mayo de 2006 los siete socios del proyecto ITER --Unión Europea, Japón, Estados Unidos, Corea del Sur, la India, Rusia y China-- firmaron en Bruselas el acuerdo internacional para el lanzamiento del reactor de fusión internacional con el modelo Tokamak, que se construirá en Cadarache, en el Sudeste de Francia, usando el diseño Tokamak. Los costes de construcción del reactor se estimaron en 4.570 millones de euros, y la duración de la construcción en 10 años. La UE y Francia se comprometieron a contribuir con el 50% del costo, mientras que las otras seis partes acordaron aportar cada una alrededor del 10%.

El 21 de noviembre de 2006 el proyecto ITER ha sido bautizado en París. Los socios que llevarán a cabo este proyecto han firmado un acuerdo de carácter provisional en el palacio de L'Elysée. Los documentos firmados fueron entregados al representante de la Agencia Internacional de Energía Atómica formalmente. El organismo ITER comenzará las operaciones hasta que entre en vigencia el acuerdo de manera definitiva, hacia 2007. Para el proyecto se cuenta con un presupuesto inicial de 10.000 millones de euros, de los que gran parte serán invertidos en la construcción del propio reactor.

Como dato curioso es válido agregar que de conseguirse la fusión nuclear controlada a gran escala, una milla cuadrada de agua contendría la misma energía que todos los yacimientos petroleros conocidos y los que se estiman sin descubrir.

Se rumoreaba que en los años 80 un grupo de científicos de UCLA (Universidad de California de Los Ángeles, por sus siglas en inglés) había logrado la fusión sin necesidad de suministrar energía -fusión fría- con un litro de agua. Tiempo después la comisión nobel de física desmintió estas aseveraciones.