Proceso de la fusion.
Estudio de las reacciones de fusión que podrían ser utilizadas
potencialmente en la practica como fuente de energía.
Tanto en el caso de la fision como la fusion,
la masa de los reactivo excede el de los productos, parte de la masa faltante
se convierte en energia y es la fusión la fuente fundamental de la energía en
el universo y en las estrellas. Nos concentramos en las reacciones que
convierten el hidrógeno y sus isótopos al helio.
Muchas reacciones (por ejemplo la fusión
protón-protón) requieren grandes energías de las partículas para que ocurran,
para que la tasa del proceso pueda ser apreciable. Las reacciones de fusión que
podrían potencialmente ser utilizadas en la practica como fuente de energía
son:
De éstas, la reacción de
fusión D-T(deuterio-tritio) tienen una seccion
transversal (cross-section) mas grande a bajas energías(bajas
temperaturas) y es por lo tanto la reaccion mas factible.
El deuterio y el tritio son isótopos del hidrógeno y
existen en forma gaseosa a una temperatura superior a 20 grados Kelvin.
Como fuente potencial de energía de fusión
,la reaccion D-T es atractiva por un número de razones. En primer lugar, los
elementos son abundantes en la naturaleza. Las cantidades enormes de deuterio
están presentes en el agua de mar, y el tritio se puede generar por el
bombardeo del litio, un elemento común en la corteza de tierra. Se estima que,
basado en la fusión D-T , hay
bastante litio en la tierra para proporcionar este tipo de energia energía por muchos anos.
La reacción es también segura ,en lo
referente que no genera desechos peligrosos; el único subproducto es el helio,
un gas químicamente inerte que no plantee ninguna amenaza al ambiente. El gran
flujo de neutrones de la reacción dará lugar naturalmente a una cierta
activación de los materiales circundantes (por ejemplo el recipiente de
contención y la estructura soporte), aunque con la eleccion apropiada, éstos
deben tener una breve duración de radioactividad. Por otra parte, mientras que
el proceso de la fisión nuclear es una reacción en cadena controlada, la fusión
no lo es, significando que cualquier incidente de la contención en un reactor
hipotético de fusión conduciría simplemente a la extinción espontánea de la
reacción y no a un dano peligroso del reactor. La cantidad de combustible en un
reactor es extremadamente pequeńo (típicamente apenas algunos gramos de la
mezcla de D-T), inhibiendo cualquier accidente. Es también imposible producir con
el reactor,materiales de uso en armas nucleares, puesto que los subproductos ,
las “cenizas” de helio , son no-fisibles.
Puesto que en la fusión entran en juego las
fuerzas nucleares, los núcleos que reaccionan deben llevarse a un contacto
directo. Debido a que los núcleos estan cargados positivamente, las particulas
reaccionantes deben poseer cantidades considerables de energía cinética para
superar la fuerza repulsiva entre ellas. Sin embargo, impartir directamente a
los átomos con grandes energías y obligarlas a chocar entre ellas, tal como lo
realiza un acelerador para bombardear una blanco de tritio con deuterio, no
producirán una energía neta de fusión. Una mejor solución es confinar los
reactivos a una temperatura muy alta, tales que la velocidad termica de las
partículas sea suficiente para superar la repulsión mutua de las cargas
positivas. Solamente con temperaturas del orden de 50 millones de grados Kelvin
,ocurre la fusion debido a las colisiones termales al azar. Esto excede de
lejos a la energía de ionización del hidrógeno y de los átomos más ligeros,
significando que los reactivo gaseosos están separados en electrones e iones
mientras que mantienen neutralidad eléctrica global. Esto se conoce como el estado del plasma,
el cuarto estado de la materia.A las altas temperaturas indispensables se debe
también cumplir que el combustible posea altas densidades para que la reaccion de
la fusión sea substancial. Estas condiciones ocurren naturalmente ,solamente en
ambientes extremos, tales como en el centro de una estrella, y el desafío de
reconstruirlos en la tierra es formidable. Cualquier material en contacto con
el plasma caliente será vaporizado inmediatamente, haciendo necesario el
aislamiento del mismo de su recipiente de contención. Se han propuesto varios
esquemas para alcanzar estas metas, incluyendo el uso del confinamiento de
inercia y de rayos de iones pesados, no obstante el confinamiento magnético se
concidera como la mejor perspectiva en reactores de fusión a corto plazo.
Eduardo Ghershman,22.6.2001
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