La historia de la fusión nuclear comenzó a principios del siglo XX como una investigación sobre cómo las estrellas se alimentaban a sí mismas y se expandió para incorporar una amplia investigación sobre la naturaleza de la materia y la energía, a medida que las aplicaciones potenciales se expandieron para incluir la guerra, la producción de energía y la propulsión de cohetes.
En 1920, el físico británico Francis William Aston descubrió que la masa equivalente de cuatro átomos de hidrógeno es más pesada que la masa de un átomo de helio ( He-4 ), lo que implica que se puede liberar energía neta combinando átomos de hidrógeno para formar helio. Esto proporcionó los primeros indicios de un mecanismo por el cual las estrellas podrían producir energía. A lo largo de la década de 1920, Arthur Stanley Eddington se convirtió en un importante defensor de la reacción en cadena protón-protón (reacción PP) como el sistema principal que hace funcionar al Sol . [1] [2] Los túneles cuánticos fueron descubiertos por Friedrich Hund en 1929, y poco despuésRobert Atkinson y Fritz Houtermans utilizaron las masas medidas de elementos ligeros para demostrar que se podían liberar grandes cantidades de energía fusionando pequeños núcleos.
Henry Norris Russell observó que la relación en el diagrama de Hertzsprung-Russell sugería que el calor de una estrella provenía de un núcleo caliente y no de toda la estrella. Eddington usó esto para calcular que el núcleo tendría que ser de unos 40 millones K. Esto se convirtió en un tema de debate, porque el valor es mucho más alto que las observaciones astronómicas que sugirieron entre un tercio y la mitad de ese valor. George Gamow introdujo la base matemática para la tunelización cuántica en 1928. [3] En 1929 Atkinson y Houtermansproporcionó las primeras estimaciones de la tasa de fusión estelar. Demostraron que la fusión puede ocurrir a energías más bajas de lo que se creía anteriormente, lo que respalda los cálculos de Eddington. [4]
Los experimentos nucleares comenzaron usando un acelerador de partículas construido por John Cockcroft y Ernest Walton en el Laboratorio Cavendish de Ernest Rutherfords en la Universidad de Cambridge . En 1932, Walton produjo la primera fisión hecha por el hombre mediante el uso de protones del acelerador para dividir el litio en partículas alfa . [5] Luego, el acelerador se usó para disparar deuterones a varios objetivos. Trabajando con Rutherford y otros, Mark Oliphant descubrió los núcleos de Helio-3 ( heliones ) ytritio ( tritones ), el primer caso de fusión causada por humanos. [6] [7] [8] [9] [10]
Los neutrones de la fusión se detectaron por primera vez en 1933. [11] El experimento implicó la aceleración de protones hacia un objetivo [12] a energías de hasta 600.000 electronvoltios.
Una teoría verificada por Hans Bethe en 1939 mostró que la desintegración beta y el túnel cuántico en el núcleo del Sol podrían convertir uno de los protones en un neutrón y, por lo tanto, producir deuterio en lugar de un diprotón . El deuterio luego se fusionaría a través de otras reacciones para aumentar aún más la producción de energía. Por este trabajo, Bethe ganó el Premio Nobel de Física en 1967 . [1] [13] [14]