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La fusión nuclear como fuente alternativa de energía
Deutsche Welle · Thursday, November 10th, 2016
La entrada en funcionamiento del reactor experimental de fusión
nuclear Joint European Torus (JET) en Culham, Gran Bretaña, en
1999, fue un hito histórico para el desarrollo de la tecnología de
fusión. Científicos encendieron el plasma nuclear por primera vez
el 9 de noviembre de 1999 utilizando el reactor JET. Con esta,
lograron producir energía por dos segundos.
Con este acontecimiento, el sueño de emular energía solar en un espacio controlado
está cada vez más cerca. Desde entonces, el desarrollo de los reactores de fusión se
perfecciona día a día. Pero, el objetivo final que es generar energía duradera
utilizando estos reactores, está todavía muy lejos.
Para profundizar más en el tema, aquí les presentamos algunas preguntas y
respuestas sobre fusión nuclear:
¿Qué es fusión nuclear?
Fusión nuclear es un tipo específico de reacción nuclear. Es el proceso por el cual, por
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ejemplo, el sol libera energía. Ahí a temperaturas extremas de varios millones de
grados centígrados se funden los núcleos atómicos de isótopos del hidrógeno: deuterio
y tritio o también conocidos como hidrógeno pesado e hidrógeno-3, respectivamente.
De está fusión se producen helio, un neutrón y una cantidad enorme de energía
suficiente para que la fusión solar nunca cese.
La fusión nuclear no ocurre únicamente en el sol, sino también en otras estrellas o en
reactores de fusión experimentales tales como el JET. Así mismo, las bombas de
hidrógeno o también conocidas como bombas termonucleares obtienen su energía por
medio de fusión nuclear. Además, este tipo de bombas combinan la función de la
bomba atómica convencional, que es producir por medio de fisión nuclear la
detonación inicial de la reacción.
¿Cuáles son las ventajas de la energía de fusión en comparación con la
energía de fisión?
En la fisión del uranio y plutonio, realizada en las clásicas centrales nucleares, se
producen un sinfín de productos radiactivos. Algunos de estos se pueden transformar
en nuevos combustibles, pero al final siempre quedan residuos radiactivos. Estas
sustancias se deben almacenar por miles o cientos de miles de años en zonas
geológicas profundas. En la fusión nuclear, por el contrario, el único producto
radiactivo es el helio, un gas noble. Otra gran ventaja es que la reacción de fusión se
extingue si no se le agrega nuevo combustible. Aquí no se genera la reacción en
cadena que acontece en plantas nucleares convencionales. Por lo tanto, es imposible
que el reactor de fusión se salga de control.
¿Cómo se inicia la reacción solar en un reactor de fusión?
Un reactor de fusión consiste en un campo magnético de forma anular conformado por
enormes electroimanes superconductores. El centro del anillo se calienta en hornos de
microondas, tan fuerte que se produce un plasma ardiente. Su temperatura debe ser
lo suficientemente alta para que se inicie la reacción de fusión. El reactor se detona
solo cuando se agregan los siguientes combustibles: deuterio y tritio. La meta es
generar un plasma de fusión parecido al del sol, el cual, por medio de su propia
energía de fusión siempre está activo.
¿Por qué existen diferentes diseños de anillos de reactor nuclear, tales como
el tokamak y el stellarator?
Los reactores clásicos, como el del experimento JET o el reactor experimental
internacional ITER, se componen de anillos tokamak. Así se denominan a los anillos
que tienen una forma simétrica, lisa y recta similar a la de un neumático inflado. Su
forma sencilla permite que se genere un campo magnético toroidal, a lo largo del
anillo. De esta manera se garantiza un flujo continuo de plasma. Sin este flujo, la
fusión nuclear cesaría. La producción de una corriente toroidal estable todavía es el
principal factor limitante para lograr un funcionamiento continuo de fusión.
Otra alternativa para resolver este problema es el llamado stellator. Este dispositivo
presenta una geometría muy compleja, como la que utiliza el reactor experimental
Wendelstein 7-x (W7-x). Los stellators tienen la ventaja de que no requieren de una
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corriente toroidal continua, ni tampoco necesitan tener una corriente plasmática
estable en el anillo. Por lo tanto, este diseño de anillo es prometedor para aplicarlo en
un futuro, en una planta nuclear de continuo funcionamiento.
¿Cómo se logra estabilizar el plasma o gas ionizado?
Los experimentos realizados desde el año 1960 muestran que es posible iniciar una
fusión nuclear al menos por un corto periodo de tiempo. Así mismo, ya se logró
mantener la activación de un plasma no inflamable por un periodo de tiempo
constante. Sin embargo, hasta la fecha no se ha conseguido obtener plasma incesante
generado por reacción de fusión nuclear. Sumado a esto, ninguno de los dispositivos
anteriores ha podido concentrar una gran densidad de energía en el anillo del reactor,
hasta ahora. La temperatura en el centro del anillo debe mantenerse en todo momento
por encima de los cien millones de grados Celsius.
El reactor experimental ITER se construye desde el año 2007 y se estima que entrará
en funcionamiento a más tardar en el año 2025. EL ITER, al menos teóricamente,
tendrá la capacidad de producir plasma constantemente sin necesidad de un aporte de
energía adicional. Si todo sale de acuerdo con el plan, este reactor podrá mantener la
fusión por varios minutos o hasta por horas.
¿Qué es lo que falta para construir una central nuclear?
Si el ITER es exitoso, este sería apenas el inicio de un largo camino para la
construcción de plantas nucleares industriales. Esto se debe a que aún existen varios
problemas que los ingenieros deben resolver. El mayor de ellos es el calor: ¿cómo se
puede mantener la fusión de nuevo combustible y al mismo tiempo dirigir la energía,
previamente producida en el núcleo del reactor, para que esté disponible y lista para
usarse.
Sumado a esto se encuentra la temperatura extrema que tienen los gases que se
producen y salen del reactor. Estos tienen una temperatura cercana a los mil grados
centígrados. Casi ningún material soporta este tipo de tensión para poder operar
adecuadamente por largo tiempo. Investigadores de materiales trabajan bajo presión
para dar una solución a este problema, ya que de esta depende el futuro de la fusión
nuclear como una fuente alternativa de energía para futuras generaciones.
Autor: Fabian Schmidt / (KM)
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on Thursday, November 10th, 2016 at 7:30 am and is filed under Ciencia y tecnología
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