El poder de la fusion
La energía de fusión es una forma propuesta de generación de energía que generaría electricidad utilizando calor de reacciones de fusión nuclear . En un proceso de fusión, dos núcleos atómicos más ligeros se combinan para formar un núcleo más pesado, mientras liberan energía. Los dispositivos diseñados para aprovechar esta energía se conocen como reactores de fusión.
Los procesos de fusión requieren combustible y un ambiente confinado con suficiente temperatura , presión y tiempo de confinamiento para crear un plasma en el que pueda ocurrir la fusión. La combinación de estas cifras que da como resultado un sistema de producción de energía se conoce como el criterio de Lawson . En las estrellas, el combustible más común es el hidrógeno y la gravedad proporciona tiempos de confinamiento extremadamente largos que alcanzan las condiciones necesarias para la producción de energía de fusión. Los reactores de fusión propuestos generalmente usan isótopos de hidrógeno como deuterio y tritio (y especialmente una mezcla de los dos), que reaccionan más fácilmente que el hidrógeno para permitirles alcanzar los requisitos del criterio de Lawson en condiciones menos extremas. La mayoría de los diseños tienen como objetivo calentar su combustible a alrededor de 100 millones de grados, lo que presenta un gran desafío para producir un diseño exitoso.
Como fuente de energía, se espera que la fusión nuclear tenga muchas ventajas sobre la fisión . Entre ellos se incluyen la reducción de la radiactividad en funcionamiento y la escasez de desechos nucleares de alto nivel , un amplio suministro de combustible y una mayor seguridad. Sin embargo, la combinación necesaria de temperatura, presión y duración ha demostrado ser difícil de producir de una manera práctica y económica. La investigación sobre los reactores de fusión comenzó en la década de 1940, pero hasta la fecha, ningún diseño ha producido más potencia de fusión que la entrada de energía eléctrica. [1] Un segundo problema que afecta las reacciones comunes es el manejo de los neutrones que se liberan durante la reacción, que con el tiempo se degradan muchos materiales comunes utilizados dentro de la cámara de reacción.
Los investigadores de Fusion han investigado varios conceptos de confinamiento. El énfasis inicial estuvo en tres sistemas principales: z-pinch , stellarator y espejo magnético . Los diseños punteros actuales son el tokamak y el confinamiento inercial (ICF) por láser . Ambos diseños están siendo investigados a escalas muy grandes, sobre todo el ITER tokamak en Francia, y el láser National Ignition Facility (NIF) en los Estados Unidos. Los investigadores también están estudiando otros diseños que pueden ofrecer enfoques más económicos. Entre estas alternativas, existe un interés creciente en la fusión de blancos magnetizados yconfinamiento electrostático inercial , y nuevas variaciones del estelarizador.
Las reacciones de fusión ocurren cuando dos o más núcleos atómicos se acercan lo suficiente durante el tiempo suficiente para que la fuerza nuclear que los une exceda la fuerza electrostática que los separa, fusionándolos en núcleos más pesados. Para núcleos más pesados que el hierro-56, la reacción es endotérmica y requiere una entrada de energía. [2] Los núcleos pesados más grandes que el hierro tienen muchos más protones dando como resultado una fuerza repulsiva mayor. Para núcleos más ligeros que el hierro-56 , la reacción es exotérmica, liberando energía cuando se fusionan. Dado que el hidrógeno tiene un solo protón en su núcleo, requiere el menor esfuerzo para lograr la fusión y produce la mayor producción neta de energía. Además, dado que tiene un electrón, el hidrógeno es el combustible más fácil de ionizar por completo.
La fuerza fuerte actúa solo en distancias cortas (como máximo un femtómetro, el diámetro de un protón o neutrón), mientras que la fuerza electrostática repulsiva entre núcleos actúa en distancias más largas. Para someterse a la fusión, los átomos de combustible deben recibir suficiente energía cinética para acercarse entre sí lo suficientemente cerca como para que la fuerza fuerte supere la repulsión electrostática. La cantidad de energía cinética necesaria para acercar lo suficiente los átomos de combustible se conoce como la " barrera de Coulomb ". Las formas de proporcionar esta energía incluyen acelerar los átomos en un acelerador de partículas o calentarlos a altas temperaturas.
