Conceptos básicos de la fusión nuclear
El mundo cuántico
Una exposición sencilla para explicar la fusión nuclear que sin duda será la base de los futuros reactores nucleares para la producción de energía y electricidad de forma limpia y ecológica.
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19/4/2022 ― Básicamente quiero recordar que la fisión nuclear es la partición de un átomo en cambio la fusión nuclear es la unión de dos átomos.
Comprender la ciencia de la fusión nuclear requiere un conocimiento básico de la física del plasma. Además de sólidos, líquidos y gases, el plasma es un estado de la materia. La fusión se produce en estado de plasma, lo que la convierte en un requisito fundamental para producir energía de fusión.
La fusión nuclear explicada de forma muy sencilla
El plasma se forma cuando, a temperaturas extremas, los electrones y sus núcleos atómicos se separan. En un plasma, el gas se ioniza cuando los átomos repelen sus electrones y se cargan positivamente.
Más del 99% de toda la materia visible del universo se encuentra en estado de plasma. En la Tierra, los relámpagos, los letreros de neón y las luces fluorescentes son ejemplos de plasmas. Los plasmas deben cumplir tres condiciones para que se produzca la fusión nuclear, incluida la temperatura, la densidad y el tiempo suficientes. Juntos, estos factores comprenden lo que se conoce como el criterio de Lawson o el triple producto.
Temperatura necesaria para que se produzca la fusión nuclear
Los plasmas deben estar muy calientes. Mientras que la fusión ocurre en el núcleo del sol a una temperatura de 15 millones de grados centígrados, la fusión en la Tierra debe exceder esta temperatura en varios órdenes de magnitud para tener en cuenta la presión atmosférica más baja. Los dispositivos Tokamak –cámara de vacio para producir la fusión nuclear– habitualmente calientan plasmas a temperaturas de 100 millones de grados centígrados o más. Estas temperaturas son necesarias para dar a los núcleos la energía suficiente para superar la repulsión y poder fusionarse.
Densidad atómica para que se puedan fusionar
Se necesitan muchos átomos. Debe haber suficientes reacciones de fusión en el plasma en un momento dado para que la reacción sea autosuficiente.
El sol, por ejemplo, fusiona más de 600 millones de toneladas métricas de hidrógeno cada segundo. Cuando se crea en un tokamak, el plasma contiene suficiente combustible de fusión para aumentar la velocidad de las reacciones.
Tiempo necesario para realizar la fusión nuclear
Cuanto más tiempo, mejor. Además del calor y la densidad, debe haber suficiente tiempo para permitir que ocurran las reacciones de fusión y evitar el enfriamiento. A medida que se calienta el plasma, el número de reacciones aumenta con el tiempo, generando más energía.
Afortunadamente, la ciencia de la energía de fusión ha sido deducida correctamente durante décadas. Muchas de las preguntas científicas sobre la fusión nuclear ya han sido respondidas. Los desafíos restantes están relacionados principalmente con la ingeniería y la determinación colectiva de hacer realidad la energía de fusión.
Últimos avances sobre la fusión nuclear artificial
La fusión nuclear artificial es uno de los campos más emocionantes y prometedores de la ciencia moderna, con el objetivo de replicar el proceso que alimenta al Sol y las estrellas para generar energía limpia y abundante en la Tierra. Estos son los últimos avances más destacados logrados por científicos en la fusión nuclear.
El ITER ―International Thermonuclear Experimental Reactor―. Ubicado en Francia, es el proyecto de fusión nuclear más ambicioso del mundo, impulsado por una colaboración de 35 países. En 2023, se completó la instalación del primer sector de un gigantesco imán que formará parte del sistema de contención magnética ―tokamak―. Este imán permitirá confinar el plasma a temperaturas superiores a los 150 millones de grados Celsius. Se espera que las primeras pruebas con plasma comiencen en 2025, con el objetivo de demostrar la viabilidad de la fusión a gran escala para 2035.
Tokamak KSTAR ―Corea del Sur―. En 2023, el Korea Superconducting Tokamak Advanced Research logró un hito al mantener un plasma a más de 100 millones de grados Celsius durante 30 segundos, un récord mundial en estabilidad. Esto es decisivo, ya que la contención prolongada del plasma es uno de los mayores desafíos de la fusión.
Tokamak EAST ―China―. También en 2023, el Experimental Advanced Superconducting Tokamak de China mantuvo un plasma a 120 millones de grados Celsius durante 1.056 segundos ―casi 18 minutos―, marcando otro avance significativo en el tiempo de confinamiento.
Nuevos materiales y tecnología de última generación
Científicos han desarrollado nuevos superconductores de alta temperatura que generan campos magnéticos más potentes y eficientes. Estos avances podrían hacer que los reactores sean más pequeños y económicos.
Revestimientos avanzados. Se están probando materiales como el tungsteno y aleaciones de litio para el interior de los reactores. Estos pueden soportar las temperaturas extremas y radiación generadas durante la fusión sin degradarse rápidamente.
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1105 - En primer lugar, la ciencia proporciona el marco teórico y metodológico necesario para comprender el mundo que nos rodea.
♦ Algunos datos curiosos ►
Los avances recientes en la fusión nuclear artificial son impresionantes y nos acercan al sueño de una fuente de energía limpia, segura y prácticamente inagotable.
Aunque aún quedan décadas de trabajo para su implementación masiva, los progresos en proyectos como ITER, KSTAR, EAST y las iniciativas privadas muestran que estamos en el camino correcto. ¡El futuro energético podría estar más cerca de lo que imaginamos!