Energía de fusión

Energía obtenida por un proceso de fusión nuclear mediante el cual dos núcleos atómicos, al colisionar, forman otro más pesado.

En este tipo de transformaciones se desprende una gran cantidad de energía, procedente de la pérdida de masa que tiene lugar en ellos (de hecho, la fusión nuclear es la fuente energética del Sol y de las estrellas). Dado que es indiscutible la potencia de estos manantiales de energía, resulta muy atractiva la idea de reproducir artificialmente tales fenómenos en nuestro planeta, algo que, si pudiera realizarse, resolvería los problemas energéticos de la humanidad.

Aunque teóricamente pueden darse diversas reacciones de fusión, desde el punto de vista práctico sólo son interesantes las que usan los isótopos del hidrógeno, el deuterio y el tritio.       

            

Debido a que 1 Mev es una unidad de energía que equivale a 1,6 · 10-13  julios, se deduce que si un gramo de deuterio y su correspondiente masa de tritio (aproximadamente 1,5 gramos) se utilizan en el tercer proceso, la cantidad de energía liberada sería de unos 85 · 1010 julios, lo que supone que, convertida en energía eléctrica, con tan sólo un rendimiento de un 33% se alcanzaría en una hora una potencia de 78 Mw. Evalúese el ahorro de combustible fósil obtenido si se toma en consideración que para producir esa potencia (alcanzable con sólo 1 gramo de deuterio) serían necesarias unas 27 toneladas de carbón. Lo tentador de esta equivalencia se acentúa si se tiene presente que:

·      Las reservas de este combustible son prácticamente inagotables, ya que el deuterio puede ser extraído del agua presente en las tres cuartas partes de nuestro planeta.

·      Es un proceso muy seguro, pues no se da el exceso de radiactividad que tiene lugar en los reactores de fisión, ya que, si bien fisión y fusión son procesos nucleares, la filosofía del segundo es netamente diferente a la del primero. En este sentido, debe señalarse que el tritio es radiactivo, por lo que la reacción indicada debe hacerse en presencia de litio para eliminar la inestabilidad de este isótopo. Por ello, lo verdaderamente deseable sería que la reacción de fusión sólo se verificara con deuterio. Así también se produciría tritio, pero éste podría usarse en nuevos procesos de fusión, con lo que no se generarían residuos nucleares, quedando la contaminación reducida a la que pudiera darse en los elementos estructurales de la instalación.

·      Habría una elevada eficiencia energética, ya que se obtendría, como mínimo, el cuádruple de la energía producida por una central de fisión equivalente.

Centrales de fusión

Las centrales de fusión, por el momento, son sólo un proyecto, ya que su funcionamiento está plagado de problemas que la ciencia aún no ha resuelto. Entre éstos, indudablemente el mayor es que todos los núcleos atómicos tienen carga positiva, por lo que, al aproximarlos para fusionarlos, aparece entre ellos una fuerza electrostática repulsiva que hay que vencer, lo que se hace poniendo en juego una inmensa energía en forma de calor que alcanza temperaturas de millones de grados centígrados.

A dichas temperaturas la materia, tras atravesar el estado gaseoso, pasa a otro estado, llamado plasma, en el que los átomos adoptan una estructura formada por la totalidad de sus electrones y por sus núcleos. La idea básica sería extraer de ese plasma la energía que contiene, pero, a la temperatura a la que se produce, no existe un recipiente capaz de contenerlo. Para solucionar este problema se ha pensado en recipientes inmateriales capaces de contener el plasma, que estarían constituidos por poderosas fuerzas magnéticas creadas por medio de potentísimos imanes. Es la solución conocida como contención magnética.

En este sentido, debe destacarse el empleo de la máquina Tokamak, palabra rusa que designa una cámara magnética toroidal en la que se utiliza el campo magnético creado por unos solenoides toroidales (es decir, con una forma semejante a la de un neumático). Aunque estos dispositivos han arrojado resultados alentadores, hay aún muchos problemas por resolver, ya que en ellos se registra una tendencia a la inestabilidad por parte del plasma, el cual tiende a expandirse radialmente.

Otra posibilidad de almacenamiento del plasma, también en investigación, es el llamado confinamiento inercial, consistente en inducir reacciones de fusión en porciones de combustible sólido mediante el empleo de rayos láser, los cuales provocarían unas fusiones sucesivas controladas. Aunque se ha comprobado la posibilidad de eficacia de este método, aún no se han logrado resultados tangibles.

También debe tenerse en cuenta que además de la temperatura influyen otros factores, como la densidad de las partículas existentes (n) y el tiempo de confinamiento (t), que es el tiempo durante el cual se mantiene la reacción. El inglés John Lawson enunció un conocido criterio según el cual a una temperatura de 11.000 K, para la reacción deuterio-tritio, el producto n · t debe ser superior a 1014 s/cm3, y para la fusión deuterio-deuterio debe ser mayor que 1016 s/cm3. La primera generación de Tokamaks (el Tokamak-10 soviético, el TFR francés y el Ormak, el PLT y el Alcator estadounidenses) ha alcanzado en algunos casos un valor n · t del orden de 1013 s/cm3. La segunda generación de estos ingenios (el TFTR estadounidense, el JET europeo, el T-15 ruso y el JT-60U japonés) ha conseguido cifras mejores, pero, en todo caso, la energía invertida es aún mayor que la obtenida.

En la actualidad, las investigaciones se realizan con el Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER, por sus siglas en inglés). Los objetivos prioritarios del ITER son controlar el ciclo del tritio y lograr que la fusión se mantenga al menos unos 100 segundos. A partir de la información científica que se logre, se pretende construir el primer reactor de fusión nuclear en una fecha no muy lejana.

Fusión fría

No puede dejar de mencionarse otra línea de investigación: la llamada fusión fría. En 1989, Martin Fleischmann y Stanley Pons, profesores de la Universidad de Utah, Estados Unidos, afirmaron haber obtenido la fusión nuclear por simple electrólisis del agua pesada (D2O), usando un electrodo especial constituido por paladio y platino. Desgraciadamente, el comunicado de ambos científicos resultó ser una falsedad.

Poco después el italiano Francesco Scaramuzzi, retomando la idea de los anteriores pero utilizando deuterio gaseoso y un ovillo de titanio, logró una emisión de neutrones muy superior a la que cabía esperar. De su experimento, aunque no se obtuvo energía, sí parece desprenderse que la fusión fría es posible. Actualmente, en este campo se está empleando tecnología de sonoluminiscencia, consistente en la emisión de luz por líquidos sometidos a ultrasonidos.