Uno de los problemas más importantes en nuestra era es la obtención de energía. Los problemas asociados a los combustibles fósiles (contaminación, efecto invernadero, etc) y la dificultad para disponer de una cantidad elevada de energía asociada a fuentes renovables, hace que la búsqueda de un sistema eficaz, rentable y poco contaminante de obtención de energía sea uno de los retos más importantes hoy en día.

La Energía Nuclear

El núcleo de los átomos es fuente de energía. Existen dos formas mediante las cuales el núcleo puede proporcionar energía. Mediante la fisión nuclear, un núcleo grande se rompe en otros más pequeños liberando gran cantidad de energía. Es la forma en la que actualmente se produce la energía nuclear. Los reactores de fisión emplean uranio y otros combustibles para obtener energía.

La energía de las estrellas

Las estrella son los componentes fundamentales de nuestro Universo. Están formadas, en su mayor parte, por hidrógeno que la fuerza fravitatoria ha condensado, a partir de un nube inicial de gas y polvo, hasta alcanzar, en su interior, temperaturasde millones de grados y presiones de millones de atmósferas. Estas condiciones son las que provocan la reacción de fusión nuclear: los núcleos de hidrógeno se unen para formal helio y desprenden una gran cantidad de energía. Aunque las reacciones dependen del tamaño y la temperatura de la estrella, se puede decir que el proceso simplificado responde a la siguiente reacción:

Reacción de fusión estelar: cuatro protones se unen para dar un núcleo de helio, dos positrones (antipartícula del electrón), tres neutrinos y desprenden 27,5 MeV (4,4.10^-12 julios por cada núcleo)

La energía producida genera una presión hacia el exterior de la estrella que compensa la fuerza gravitatoria que intenta colapsar la masa que compone dicha estrella. De esta forma, se estabiliza emitiendo energía de forma estable y contínua durante millones de años.

Nuestro Sol es una estrella de tamaño medio, con una temperatura en su interior de 15.000.000 ºC y una presión de 2,65.10¹⁶ Pa. Se ha calculado que lleva 5.000.000 de años emitiendo energía de forma estable y que tiene combustible para seguir produciendo energía otros 5.000.000 de años.

Un pequeño sol en la Tierra

Si queremos obtener energía a partir de la fusión nuclear en la Tierra debemos reproducir las condiciones de presión y temperatura necesarias para que la fusión se produzca. Para ello se emplean dos isótopos del hidrógeno, el deuterio y el tritio, cuya reacción de fusión será la siguiente:

Reacción de fusión: deuterio + tritio para dar un núcleo de helio, un neutrón y energía

Para que el deuterio y el tritio den lugar a la fusión es necesario juntarlos con la energía suficiente para vencer las fuerzas electrostáticas de repulsión, pues los núcleos tienen carga positiva al estar formados por protones. Para ello es necesario alcanzar temperaturas de varios millones de grados y presiones muy elevadas. En estas condiciones, los átomos están ionizados (han perdido loselectrones) y el gas así originado se dice que se encuentra en estado de plasma. En este estado, es posible juntar tanto los núcleos que lleguen aproducir la reacción termonuclear de fusión.

Reactores nucleares de fusión

Los reactores experimentales de fusión pueden emplear dos métodos para lograr dicha fusión:

a.-Fusión por confinamiento magnético. Se emplean campos magnéticos muy intensos para mantener el plasma unido y lograr la fusión. El reactor tiene forma toroidal (como un donut) y el plasma de hidrógeno se mantiene en el interior sin tocar las paredes. Son los reactores de tipo tokamak (Toroidal KAmera MAgnetiK) o sterellator.

b.-Fusión por confinamiento inercial. Consiste en crear un medio tan denso que las partículas no tengan casi ninguna posibilidad de escapar sin chocar entre sí. Una pequeña esfera compuesta por deuterio y tritio es impactada por un haz de láser, provocándose su implosión. Así, se hace cientos de veces más densa y explosiona bajo los efectos de la reacción de fusión nuclear.

En la actualidad, el proyecto más importante para estudiar la viabilidad de la fusión es el proyecto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor, en español Reactor Termonuclear Experimental Internacional). Este es un experimento científico a gran escala que intenta producir un plasma de fusión que tenga diez veces más potencia térmica que la potencia necesaria para calentar el plasma y así ser rentable en la obtención de energía. El ITER se está construyendo en Cadarache (Francia) y es un reactor de tipo tokamak.

Ventajas de la fusión nuclear

Las múltiples ventajas que presenta la fisión nuclear frente a otros sistemas la hacen candidata ideal para la obtención de gran cantidad de energía de forma contínua e independiente de las condiciones climáticas.

Combustible barato y abundante. Están repartidos geográficamente de forma uniforme. El agua de lagos y océanos sirve para obtener el deuterio y tritio necesarios para la fusión. Por contra, los combustibles fósiles y el uranio empleado en los reactores de fisión son limitados.
Es un sistema intrínsecamente seguro. Su reacción no es en cadena y el reactor sólo contiene combustible para los siguientes 10 segundos por lo que no es posible que se pierda el control. Llegado el caso bastaría con cortar el suministro de combustible.
Es una energía limpia. Los gases resultantes de la fusión no contribuyen al efecto invernadero. La radioactividad de la estructura del reactor, producida por los neutrones emitidos en las reacciones de fusión, puede ser minimizada escogiendo cuidadosamente los materiales, de baja activación. Por tanto, no es preciso almacenar los elementos del reactor más de cincuenta años. Es una ventaja muy importante frente a la gran producción de residuos radiactivos en los reactores de fisión.

Consultar: ¿Qué es la energia-nuclear?

Energia nuclear

Infografía: Proyecto ITER