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Problemas de la fusion nuclear
fusión y fisión nuclear
La energía impulsa nuestro mundo, nuestros hogares, nuestras empresas y prácticamente todo lo que utilizamos en el día a día. Eso significa que encontrar una fuente de energía barata, segura y de gran potencia es extremadamente importante para el avance del mundo que nos rodea. Hasta ahora, el carbón sigue siendo la principal fuente de energía del mundo. También es importante encontrar un nuevo recurso energético que sustituya al carbón y que no contribuya al cambio climático con emisiones de carbono. Aquí es donde entra la energía nuclear. Alrededor del 11% de la energía mundial se genera a partir de la energía de fisión nuclear.
En términos sencillos, la fisión nuclear se produce cuando un núcleo pesado inestable se divide al impactar con otra partícula, liberando energía. El uranio 235 se utiliza en la mayoría de las reacciones de fisión porque, dado que contiene 92 protones y 143 neutrones, es un átomo inestable. Un átomo inestable tiene un exceso de protones o de neutrones. Esto hace que el átomo esté predispuesto a alcanzar un estado en el que los protones y los neutrones estén mucho más equilibrados. Cuando un neutrón adicional colisiona con este átomo, crea un átomo aún más inestable, el Uranio-236. Como este átomo es inestable, se rompe casi inmediatamente en dos átomos más estables, el Bario-141 y el Cronio-92, además de emitir tres neutrones adicionales. Este proceso libera energía. La energía se libera porque la masa total de los productos (los átomos creados) es menor que la masa de los reactivos (átomos originales). Esto significa que la «energía de enlace» de los reactantes es mayor que la «energía de enlace» de los productos, y esa energía debe ser liberada.
problemas y soluciones de la fusión nuclear
La fusión es el proceso que alimenta nuestro Sol y las estrellas. El principio es bastante sencillo: fusionar dos núcleos y liberar energía en el proceso. Esta energía puede utilizarse para alimentar una turbina de vapor y generar electricidad como en cualquier central eléctrica. Las ventajas son enormes: una reacción sin carbono, sin residuos radiactivos de larga duración y un combustible prácticamente ilimitado…
Lo cierto es que dominar la fusión es extremadamente difícil. Los retos físicos y tecnológicos son numerosos: el combustible debe calentarse hasta millones de grados, los componentes del reactor deben soportar flujos de partículas y cargas térmicas extremas, el material potencialmente radiactivo debe manejarse con cuidado, el combustible muy caliente debe contenerse dentro de la vasija del reactor…
En este seminario, intentaremos humildemente abordar algunos de estos retos construyendo un reactor de fusión componente por componente. Tendremos una visión general de los dispositivos de fusión existentes y futuros en todo el mundo.
¿cuál es el problema de estudiar la fusión nuclear en el laboratorio?
Un nuevo experimento parece haber desencadenado la ignición por primera vez, en la Instalación Nacional de Ignición (NIF) del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (EE.UU.), recreando las temperaturas y presiones extremas que se encuentran en el corazón del Sol.
Esto ha producido más energía que cualquier otro experimento anterior de fusión por confinamiento inercial, y demuestra que la ignición es posible, allanando el camino para las reacciones que producen más energía de la que necesitan para ponerse en marcha.
«Tras diez años de progresos constantes hacia la demostración de la ignición, los resultados de los experimentos del último año han sido más espectaculares, ya que las pequeñas mejoras en la producción de energía de fusión se ven fuertemente amplificadas por el proceso de ignición. El ritmo de mejora de la producción de energía ha sido rápido, lo que sugiere que pronto podremos alcanzar más hitos energéticos, como superar la entrada de energía de los láseres utilizados para poner en marcha el proceso.
«Esto es crucial para abrir la promesa de la energía de fusión y permitir a los físicos sondear las condiciones de algunos de los estados más extremos del Universo, incluidos los que se dan pocos minutos después del Big Bang. La fusión controlada en el laboratorio es uno de los grandes retos científicos definitorios de esta era y esto es un paso trascendental».
¿la fusión nuclear produce residuos radiactivos?
La fusión termonuclear de deuterio y tritio constituye un enorme potencial para un suministro energético seguro, compatible con el medio ambiente y sostenible. La fuente de combustible es prácticamente inagotable. Además, las perspectivas de seguridad de un reactor de fusión son bastante favorables debido al proceso de fusión intrínsecamente autolimitante, la limitada toxicidad radiológica y la propiedad de refrigeración pasiva. Entre un pequeño número de enfoques, el concepto de confinamiento magnético toroidal de los plasmas de fusión ha logrado los avances científicos y técnicos más impresionantes hacia la liberación de energía mediante la combustión termonuclear de combustibles de deuterio-tritio. Se revisa el estado de la actividad de investigación de la fusión termonuclear en todo el mundo y se presentan las soluciones actuales a los complicados problemas físicos y tecnológicos. Estos problemas comprenden el calentamiento del plasma, el confinamiento y el escape de energía y partículas, la estabilidad del plasma, el calentamiento de las partículas alfa, los materiales del reactor de fusión, la seguridad del reactor y la compatibilidad medioambiental. Los resultados y el alto nivel científico de esta actividad de investigación internacional proporcionan una base sólida para la realización del Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER), cuyo objetivo es demostrar la viabilidad científica y tecnológica de una fuente de energía de fusión con fines pacíficos.
