La fusión nuclear ha vuelto a ser noticia recientemente. Pero, ¿por qué los científicos están emocionados? Vyas Burra explica los principios que subyacen a la fusión nuclear y arroja luz sobre los nuevos hitos alcanzados
Este artículo es una traducción bruta de Scientists are right to be excited about nuclear fusion escrito por Vyas Burra.
La fusión nuclear ha estado en las noticias recientemente. Es posible que haya oído hablar de un “avance” en tecnología en febrero, pero ¿De qué se trata? ¿Por qué los científicos están tan fascinados con la fusión nuclear y qué significa para la forma en que podríamos generar electricidad en los próximos años?
En primer lugar, ¿qué es la fusión nuclear y cómo se puede utilizar para generar electricidad? Probablemente haya oído hablar de las centrales nucleares, que utilizan el principio de la fisión nuclear .
Tanto la fisión como la fusión se basan en la modificación de núcleos, que son los núcleos densos de los átomos, formados por partículas de protones y neutrones. La fisión es donde un núcleo grande se divide en núcleos más pequeños , liberando mucha energía en el proceso que puede usarse para generar electricidad.
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Los ejemplos de elementos con núcleos más grandes incluyen el uranio , que puede dividirse en elementos con núcleos más pequeños, como el criptón y el bario. Esto produce una gran cantidad de desechos radiactivos, que deben eliminarse de manera correcta y segura.
La fusión nuclear es lo opuesto a la fisión; implica combinar núcleos mucho más pequeños para formar uno más grande, liberando nuevamente energía en el proceso. El Sol depende de la fusión para liberar energía, donde fusiona alrededor de 620 millones de toneladas de hidrógeno cada segundo para formar helio, alimentando la vida en la Tierra en el proceso.
En teoría, replicar este proceso debería poder liberar límites de energía que podrían aprovecharse para alimentar nuestras vidas, pero la realidad es un poco más complicada que eso.
Tanto la fisión como la fusión requieren energía para comenzar, por lo que para que valga la pena gastar dinero en hacer que ocurra una reacción, debe obtener más energía de la que ingresa.
Pero esta afirmación en sí misma no tiene sentido; puede recordar de las lecciones de física de la escuela que no puede “hacer” energía; solo puedes transferirlo de un formulario a otro. Entonces, ¿qué está pasando aquí?
Esto puede explicarse por un principio llamado “ equivalencia masa-energía ”, que esencialmente establece que todo objeto que tiene masa también tiene una energía intrínseca. Esto se explica por la famosa fórmula de Einstein, E = mc 2 (donde “E” es energía, “m” es masa y “c2” es la velocidad de la luz al cuadrado).
Por lo tanto, independientemente de si se trata de fisión o fusión, la energía siempre se conserva; Da la casualidad de que en la fusión, parte de la masa atómica se convierte en energía y se libera, que es lo que se puede usar para alimentar los generadores de electricidad.
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La fusión nuclear sería una fuente ideal de energía. Es limpio, ya que no produce directamente desechos radiactivos como lo hace la fisión (aunque algunos desechos radiactivos provienen de productos de reacción que reaccionan con los materiales del propio reactor).
La cantidad de energía liberada puede ser hasta cuatro veces mayor que la de la fisión, que es la fuente de generación de electricidad más eficiente disponible en la actualidad. Las estimaciones muestran que unos pocos gramos de materias primas podrían liberar suficiente energía para sostener a una persona en un país desarrollado durante más de sesenta años.
La fusión también es mucho más segura que la fisión. Como las condiciones para que ocurran las reacciones son difíciles de lograr, si no se cumplen, la reacción simplemente se detiene.
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Todo esto suena genial, entonces, ¿por qué la fusión aún no ha comenzado? Bueno, una de las razones es lo difícil que es realizar reacciones de fusión en la Tierra; Las reacciones de fisión requieren condiciones mucho menos extremas que las reacciones de fusión.
La fisión implica dividir un núcleo grande, lo cual es relativamente fácil en comparación con la fusión, donde dos núcleos cargados positivamente se fuerzan a juntarse lo suficiente como para que se combinen. El Sol es capaz de hacer esto ya que es tan masivo, por lo que su propia gravedad y su temperatura ya alta forman un entorno ideal para que ocurra la fusión.
Ese nivel de fuerza gravitacional no está disponible en un pequeño reactor nuclear en la Tierra, por lo que se deben replicar presiones y temperaturas inmensas para que ocurra la fusión.
Aquí es donde entra en juego el tokamak. Un tokamak es un dispositivo que utiliza potentes imanes para confinar el combustible para la fusión en forma de plasma y es el diseño líder para los reactores de fusión. El Joint European Torus (JET) es el tokamak más grande y avanzado del mundo, y tiene su sede en Oxfordshire. Las temperaturas que se manejan en el tokamak son inmensas, en torno a los 150 millones de grados centígrados.
Esto es más caliente que en cualquier otro lugar de todo el sistema solar; la temperatura de nuestro Sol palidece en comparación , que en su punto más alto es de alrededor de 15 millones de grados centígrados. Los imanes en el tokamak mantienen el plasma caliente lejos de las paredes, ya que no hay muchos materiales disponibles que puedan soportar temperaturas tan altas.
JET ha estado en las noticias recientemente por duplicar la producción de energía de la fusión en comparación con su propio récord, establecido en 1997. El reactor aún requiere mucha más energía de la que se puede aprovechar, pero este nuevo récord es un gran paso en la dirección correcta.
El objetivo actual en la investigación de reactores de fusión es lograr el “punto de equilibrio”, que es donde el reactor libera la misma cantidad de energía que la que se pone. Un nuevo reactor de fusión, ITER, se está construyendo en Francia, que será mucho más grande que JET. Se predice que si se aplican las mismas condiciones y principios a ITER que se han aplicado a JET, no solo se podría lograr el punto de equilibrio, sino que podríamos llegar a un punto en el que se podría liberar diez veces la energía puesta en forma de electricidad. , que sería revolucionario para el futuro de la producción de electricidad.
Los avances en el campo de la fusión nuclear son muy prometedores, pero todavía estamos a muchas décadas de tener reactores de fusión comerciales. Dada la emergencia climática actual y la búsqueda de energía sostenible, la energía de fusión limpia no podría llegar lo suficientemente rápido.
Si la investigación tiene éxito, y si llegamos a un punto en el que la fusión nuclear se convierta en la corriente principal, podríamos vernos viviendo en un mundo más verde con un suministro de electricidad casi ilimitado en un futuro no muy lejano.