Ciencias. Fusión nuclear, ¿se ha convertido en una realidad?

¿Qué es la fusión nuclear?

Como su nombre lo indica, este es el proceso mediante el cual dos átomos se combinan para formar un átomo nuevo y más pesado. Para comprender este fenómeno, debe volver a sus recuerdos de la escuela secundaria y recordar qué es un átomo: un núcleo formado por una cantidad variable de protones y neutrones, alrededor del cual orbitan los electrones. Cuantos protones? Depende: un átomo de hidrógeno, por ejemplo, tiene solo un neutrón y pocos o ningún neutrón. Agregue un protón y obtendrá un átomo de helio. Cuatro más y tienes carbono. Etcétera Hasta los extremos de la tabla periódica, el reino de los metales pesados ​​y elementos exóticos sintetizados en el laboratorio.

La fusión nuclear es un fenómeno que se puede observar todos los días. Todo lo que tienes que hacer es levantar la cabeza y mirar al sol: las estrellas son máquinas gigantes para fusionar núcleos de hidrógeno, que se convierten en helio, liberando energía masiva en el proceso.

No confundir con fusionar Fisión nuclear, que es el fenómeno contrario: la explosión de un átomo (generalmente pesado) para formar varios átomos más ligeros. Para lograr esto, el núcleo es bombardeado con un neutrón, con el fin de desencadenar una reacción en cadena. Este último puede ser controlado, como en las centrales nucleares, o descontrolado: este es el principio de la bomba atómica.

Sitio del ITER en Bouches-du-Rhône. Foto de AFP

Para qué se puede usar?

La fusión nuclear libera una gran cantidad de energía, según la famosa fórmula de Einstein: E = mc². Porque debes saber que el núcleo fusionado tiene una masa ligeramente menor que el núcleo original. En otras palabras, la materia desaparece durante la fusión y se convierte directamente en energía. Mucha energía, porque es igual a la desaparición multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz (es decir, 300.000 km / s).

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Para darle un orden de magnitud mayor, 1 gramo de la sustancia equivale a la energía liberada por la explosión de más de 2.000 toneladas de TNT. Sí, eres una potencial bomba atómica.

En resumen, la fusión nuclear promete energía abundante y barata, y es el santo grial de los físicos nucleares. No es necesario extraer materiales fisionables peligrosos y complejos, como el uranio o el plutonio: basta con isótopos simples de hidrógeno, omnipresentes en nuestro planeta y fáciles de extraer. La fusión nuclear también es más segura que la fisión (no hay riesgo de escape porque no es una reacción en cadena) y limpia: el desperdicio es insignificante.

Pero hasta ahora, los científicos aún tienen que dominar completamente el proceso. Este es el objetivo del prototipo ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional), en construcción durante diez años en Cadarache en Bouches-du-Rhône.

La fusión nuclear es el proceso que se lleva a cabo en las estrellas, donde elementos ligeros como el hidrógeno y el helio se fusionan constantemente. Fotos de la NASA

¿Por qué es complicado?

Porque no estás fusionando los átomos como lo harías mezclando huevos con harina para hacer una masa para panqueques. Si alguna vez ha intentado que dos imanes se toquen entre sí, comprende el problema. Los núcleos atómicos se repelen naturalmente entre sí, lo cual es culpa de esos molestos protones cargados positivamente en el núcleo. Y alrededor del núcleo, los electrones forman otra barrera, cargada negativamente.

Por lo tanto, toda la cuota es la aproximación de los núcleos atómicos entre sí, hasta el mínimo donde la energía nuclear Los protones y neutrones que se unen dentro del núcleo reemplazarán la fuerza electromagnética, combinando los componentes básicos del núcleo en un solo núcleo.

En las estrellas, no tienes que preocuparte: las tensiones son tan enormes y los átomos están tan presionados que sus núcleos se fusionan de forma natural. Entonces, el núcleo de nuestro sol no es más que una sopa de átomos, sumergida en sus electrones en forma de plasma Cuarto caso del artículo. Pero reconstruir condiciones idénticas en la Tierra es una historia diferente. Para lograr esto, los científicos han ideado varios métodos. Uno de los mas famosos tokamak (abreviatura del ruso), se trata de una cámara circular en forma de torta en la que se introduce un gas calentado a baja presión para producir plasma, eliminar electrones y estimular la fusión de núcleos.

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¿Por qué esta forma de rosquilla? Debido a que el plasma está tan caliente que instantáneamente derretirá las paredes: por lo tanto, debe estar contenido en la cámara mediante un campo magnético. En mayo pasado, el “sol artificial” chino alcanzó unos veinte segundos La temperatura de la locura es de 160 millones de grados Celsius.. ¡Diez veces más caliente que el centro de nuestro sol!

En un tokamak, el plasma está confinado al centro por un campo magnético. Foto CC – por Christopher Rowe, EUROfusion

¿Por qué es importante la experiencia estadounidense?

Hasta ahora, los investigadores no han logrado realmente producir energía mediante fusión nuclear. O mejor dicho si, pero menos de lo que consumen para provocar la fusión. Los investigadores no alimentarios han reducido la brecha de manera significativa, con un rendimiento del 70%. El número puede sonar mal, pero en un área experimental como la fusión nuclear, es un gran avance. En comparación con los experimentos anteriores realizados en la primavera, es ocho veces más. Y cerca del “punto de ignición” a partir del cual el sistema produce más energía de la que consume, Bienvenido al laboratorio en un comunicado de prensa.

Para lograr este resultado, la Instalación Nacional de Ignición (NIF) no utilizó un tokamak, sino láseres masivos: casi 200, enfocados en una cápsula de oro del tamaño de una pistola llamada cavidad Contiene isótopos de hidrógeno. Esto es lo que los especialistas llaman autocontención: durante unas mil millonésimas de segundo, en esta pequeña cámara prevalece una presión más alta que en el núcleo del Sol, lo que genera un plasma extremadamente caliente.

Todavía queda un largo camino por recorrer antes de que se pueda producir energía a partir de esta tecnología, pero el experimento podría poner de nuevo en la carrera la fusión inercial, que es relativamente marginal en comparación con el tokamak. Tenga en cuenta que este último ya ha generado retornos de alrededor del 70%. El objetivo del último tokamak, como el ITER, que actualmente es uno de los proyectos científicos más grandes del mundo, es específicamente mejorar el rendimiento para superar el 100%. El objetivo declarado del ITER, que debería producir su primer plasma en 2025, es producir diez veces más energía de la que consume.

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