Ciencia y Tecnologí­a / NOVIEMBRE 21 DE 2021 / 4 semanas antes

¿La fusión nuclear salvará al planeta? 

Autor : Diego Arias Serna

¿La fusión nuclear salvará al planeta? 

Científicos e ingenieros observan la magnitud física, el inmenso desarrollo técnico y todo el avance científico que está aportando el Tokamak, la pieza clave en la fusión nuclear. 

“Vivimos en una sociedad exquisitamente dependiente de la ciencia y la tecnología, en la cual prácticamente nadie sabe nada acerca de la ciencia o la tecnología”: Carl Sagan.

“Me gustaría que la fusión nuclear se convirtiera en una fuente de energía práctica. Proporcionaría un suministro inagotable de energía, sin contaminación ni calentamiento global”. La anterior frase de Stephen Hawking (1942-2018), uno de los científicos más importante de la segunda mitad del siglo pasado y principios del XXI, le dio apoyo a esta forma de producir energía eléctrica y, como expresa él, resolver en buena parte, el problema de la contaminación de la Tierra. 

En el artículo del lunes pasado se planteó que el Iter (Reactor Experimental Termonuclear Internacional), proyecto que está en ejecución en Cadarache, al sur de Francia, y que cuenta con la participación de 35 países: 27 de la Unión Europea, así como de Suiza, Reino Unido, China, India, Japón, Corea, Rusia y Estados Unidos. El propósito es demostrar que es posible tecnológicamente utilizar la fusión nuclear como fuente de energía. Antes de seguir adelante, brevemente, se presenta la física básica tanto de la fisión como de la fusión nuclear. 

El átomo -unidad más pequeña de la materia que tiene las propiedades de un elemento químico-, está constituido por el núcleo, el cual está conformado por protones y neutrones que concentran casi toda la masa del átomo –el 99.6 %- y electrones que orbitan alrededor del núcleo. El núcleo es la parte clave tanto de la fusión como de la fisión. En esta última se presenta una reacción en la cual un núcleo pesado, como el uranio 235, al ser bombardeado por neutrones, se vuelve inestable y se descompone en dos núcleos, con tamaños del mismo orden de magnitud, con gran desprendimiento de energía. 

Además, emite 2 o 3 neutrones. Estos, a su vez, también pueden originar más fisiones al interactuar con nuevos núcleos fisionables que emiten nuevos neutrones, generando una reacción en cadena y produciendo igualmente material radiactivo. Este fenómeno al darse en una fracción de segundos, libera una energía un millón de veces mayor que la lograda al quemar un pequeño bloque de carbón. Conseguir que solo uno de los neutrones liberados produzca una fisión posterior, es tener una reacción controlada, principio en el que se basa los reactores nucleares, fuente de mucha energía. 

 El Sol: un reactor nuclear de fusión 

Por su parte, la fusión nuclear se da cuando una reacción de 2 núcleos muy ligeros, como el deuterio y el tritio, se unen para formar un núcleo estable más pesado como el helio y liberando un neutrón. El nuevo núcleo tiene una masa ligeramente inferior a la suma de las masas de los núcleos iniciales. Este defecto de masa origina un gran desprendimiento de energía. Los núcleos tienen carga positiva y para que se aproximen deben vencer las fuerzas electrostáticas de repulsión, lo que se obtiene suministrando energía térmica o usando un acelerador de partículas. 

El deuterio, cuyo símbolo es H, es un isótopo estable del hidrógeno que se encuentra en la naturaleza con una abundancia del 0.015 % del total de átomos de hidrógeno. El núcleo del deuterio está formado por un protón y un neutrón. Cuando el isótopo pierde su electrón, el ion resultante recibe el nombre de deuterón. ¿Pero qué es un isótopo? Es aquél que tiene el mismo número de protones que los átomos normales, pero diferente número de neutrones. 

Asimismo, el tritio, con símbolo H, es un isótopo natural del hidrógeno. Es radioactivo, consta de un protón y 2 neutrones y es clave en reactores de fusión nuclear, donde se libera la energía almacenada en el núcleo del átomo. Hay que llamar la atención en el hecho de que el Sol, fuente de la vida en la Tierra, funciona basado en la fusión nuclear, y toda la energía que suministra viene de ese proceso. Lograr obtener ese fenómeno en la Tierra, viene siendo objeto de investigación desde la década de 1950. La indagación dio sus frutos en noviembre de 1991. 

En esa fecha se realizó un experimento en Inglaterra, en el que por primera vez se producen cantidades significativas de energía. Como dato curioso se tiene que, la energía consumida por una bombilla de 40 vatios encendida 25 horas es de 3.6 millones de Julios, una de las unidades de energía. En este experimento se produjeron millones de Julios mediante reacciones controladas de fusión nuclear. En ciencias, un experimento adquiere el rango de científico si se puede repetir en las mismas condiciones produciendo los mismos resultados. Eso es lo científico y no charlatanería o seudociencia. 

Mayores resultados, menos contaminación 

Ese resultado experimental impulsó la idea del Iter (Reactor Experimental Termonuclear Internacional). Fue realizado en el Tokaman JET de la Comunidad Económica Europea, ubicado en Culham, Inglaterra. JET, son las siglas de Join European Torus (Torus europeo conjunto). Se inició su construcción en 1973 y en 1983 entró en funcionamiento. Genera una energía de 34 millones de vatios y se demostró que era posible obtener este tipo de energía, superando experimentos anteriores que producían tan solo kilowatios. Así que Tokaman es un reactor de fusión, que le dio vida al Iter. 

Ahora, entonces, se tiene la posibilidad de producir energía sin generar gases que contribuyan al efecto invernadero, no necesita uranio como combustible ni genera tantos residuos radiactivos, puesto que se trata de dos átomos de hidrógeno como el deuterio y el tritio que forman uno de helio, un gas inocuo. Aunque el tritio es un gas radiactivo, su vida media es corta y además la idea es producirlo dentro del mismo reactor a partir del litio, por lo que no es necesario transportar material radiactivo desde fuera. Y lo más importante: libera una cantidad enorme de energía muy superior que con combustibles fósiles. 

Una de las técnicas principales en las que se puede basar este tipo de reactor, es el confinamiento magnético. Para ello se crean condiciones de vacío y se contiene el plasma generando un campo magnético toroidal –como un donuts-. El Tokamak es considerado el diseño más popular de estructura de este campo magnético y una parte del mismo se genera por corrientes eléctricas que fluyen en el propio plasma, que es gas ionizado, es decir, que los átomos han perdido un electrón. Como sucede en una lámpara fluorescente, o al aire que hay alrededor del paso de un rayo. 

La energía se absorbe dentro del Tokamak en forma de calor adherido a las paredes de la vasija. La central de fusión utiliza este calor para producir vapor y después electricidad mediante turbinas y generadores. El principal problema de la fusión nuclear es técnico ya que, para producir la reacción, los núcleos de hidrógeno deben estar a unas condiciones de presión y temperatura elevadísimas, hasta lograr que el combustible se encuentra en forma de plasma, con alta densidad, sostenido en un tiempo suficiente hasta lograr producir las reacciones, lo cual ha sido un reto técnico y científico.

Recomendado: Energía nuclear: ¿Alternativa ante el cambio climático?

¿Cuánto tarda el Iter en producir energía? 

A finales del año 2004, se tomó la decisión de iniciar el proyecto en Cadarache al sur de Francia, contando con unos 5.000 millones de euros de inversión. En julio de 2020 ya contaba con una inversión de 23.500 millones de dólares. Después de tener la infraestructura necesaria, entre el 2010 y 2021 se construyó la planta Iter y edificios auxiliares. Entre el 2020 y el 2025 se proyectó la terminación de la fase de montaje principal I. Para diciembre de 2025 se obtendrá el primer plasma. Del 2020 al 2025 aceleración progresiva de la máquina. En 2035 se inicia la operación de deuterio-tritio. 

Para ese momento tendrá vigencia lo expresado a la BBC años atrás por el científico IAN Chapman, director ejecutivo de la Autoridad de Energía Atómica de Reino Unido: “La mayoría de nosotros nos unimos para cambiar el mundo, para hacer una gran diferencia sobre cómo proporcionamos energía limpia a las generaciones futuras. Todos sabemos que necesitamos Iter para tener éxito”. 

La máquina está siendo diseñada para conseguir una potencia de 500 megavatios (el récord actual está en 16 megavatios por el Tokamak JET). Se harán pruebas para la producción de tritio dentro de la vasija de vacío, ya que el suministro actual no es suficiente para cubrir las necesidades de las centrales nucleares del futuro. También se demostrará la seguridad de los dispositivos de fusión nuclear. 

Finalmente, se debe tener en cuenta que la fusión nuclear a gran escala no se conseguirá dentro de los plazos necesarios para sustituir a los combustibles fósiles. Por otro lado, la fusión nuclear, al igual que las renovables, no es del todo inocua, si bien presenta muchos menos problemas ambientales que la fisión o los combustibles fósiles. 


Temas Relacionados: Fusión nuclear Ciencia

COMENTA ESTE ARTÍCULO

En cronicadelquindio.com está permitido opinar, criticar, discutir, controvertir, disentir, etc. Lo que no está permitido es insultar o escribir palabras ofensivas o soeces, si lo hace, su comentario será rechazado por el sistema o será eliminado por el administrador.

copy
© todos los derechos reservados
Powered by: Rhiss.net