En que consiste la fusion nuclear

ecuación de la fusión nuclear

El Sol es la principal fuente de energía de la Tierra, pero el planeta sólo recibe una pequeña parte de su energía y el Sol es sólo una estrella ordinaria. Muchas estrellas producen mucha más energía que el Sol. La fuente de energía de todas las estrellas es la fusión nuclear.

Las estrellas están formadas principalmente por hidrógeno y helio, que están tan densamente empaquetados en una estrella que en el centro de la misma la presión es lo suficientemente grande como para iniciar reacciones de fusión nuclear. En una reacción de fusión nuclear, los núcleos de dos átomos se combinan para crear un nuevo átomo. Lo más habitual es que en el núcleo de una estrella dos átomos de hidrógeno se fusionen para convertirse en un átomo de helio. Aunque las reacciones de fusión nuclear requieren mucha energía para iniciarse, una vez que se ponen en marcha producen enormes cantidades de energía (figura siguiente).

En una estrella, la energía de las reacciones de fusión en el núcleo empuja hacia el exterior para equilibrar la atracción de la gravedad hacia el interior. Esta energía se desplaza hacia el exterior a través de las capas de la estrella hasta que finalmente alcanza la superficie exterior de la misma. La capa exterior de la estrella brilla con fuerza y envía la energía al espacio en forma de radiación electromagnética, que incluye luz visible, calor, luz ultravioleta y ondas de radio (figura siguiente).

el proceso de fusión nuclear

En la actualidad, muchos países participan en la investigación sobre la fusión en cierta medida, encabezados por la Unión Europea, EE.UU., Rusia y Japón, con programas vigorosos también en curso en China, Brasil, Canadá y Corea. Al principio, la investigación sobre la fusión en EE.UU. y la URSS estaba vinculada al desarrollo de armas atómicas, y permaneció clasificada hasta la conferencia Atoms for Peace de 1958 en Ginebra. Tras un gran avance en el tokamak soviético, la investigación sobre la fusión se convirtió en “gran ciencia” en la década de 1970. Pero el coste y la complejidad de los dispositivos implicados aumentaron hasta el punto de que la cooperación internacional era la única forma de avanzar.

La fusión impulsa el Sol y las estrellas, ya que los átomos de hidrógeno se fusionan para formar helio y la materia se convierte en energía. El hidrógeno, calentado a temperaturas muy elevadas, pasa de ser un gas a un plasma en el que los electrones cargados negativamente se separan de los núcleos atómicos cargados positivamente (iones). Normalmente, la fusión no es posible porque las fuerzas electrostáticas fuertemente repulsivas entre los núcleos cargados positivamente impiden que se acerquen lo suficiente como para colisionar y que se produzca la fusión. Sin embargo, si las condiciones son tales que los núcleos pueden superar las fuerzas electrostáticas hasta el punto de acercarse mucho entre sí, entonces la fuerza nuclear atractiva (que une a los protones y neutrones en los núcleos atómicos) entre los núcleos superará a la fuerza repulsiva (electrostática), permitiendo que los núcleos se fusionen. Estas condiciones pueden darse cuando la temperatura aumenta, lo que hace que los iones se muevan más rápido y finalmente alcancen velocidades lo suficientemente altas como para que los iones se acerquen lo suficiente. Los núcleos pueden entonces fusionarse, provocando una liberación de energía.

fusión nuclear en las estrellas

Los científicos esperan que el reactor tokamak sea capaz de producir plasma cada vez más caliente, llegando a alcanzar los 100 millones de grados Celsius (180 millones de grados Fahrenheit) en 2018. Ese es el umbral de la “fusión” -siete veces más caliente que el centro del Sol- en el que los átomos de hidrógeno pueden empezar a fusionarse en helio, liberando una energía limpia e ilimitada en el proceso.

Es el último de una serie de avances significativos para conseguir finalmente la fusión nuclear práctica. Aunque durante mucho tiempo se ha hablado de ella como la fuente de energía limpia y casi ilimitada del futuro, ha seguido siendo “del futuro” durante décadas.

La fusión nuclear es lo que ocurre en el Sol y otras estrellas y consiste en la unión de dos núcleos atómicos para formar uno mayor. Ambas reacciones liberan grandes cantidades de energía, pero con la fusión nuclear hay un rendimiento energético muy alto y una producción de residuos nucleares muy baja.

La fusión se produce cuando dos átomos ligeros se unen, o se fusionan, para formar uno más pesado. La masa total del nuevo átomo es menor que la de los dos que lo formaron; la masa “faltante” se desprende en forma de energía, como describe la famosa ecuación E=mc2 de Albert Einstein.

qué es la fusión nuclear en el sol

La fusión nuclear es un tipo de reacción nuclear en la que dos núcleos ligeros chocan para formar un único núcleo más pesado. La fusión produce una liberación de energía porque la masa del nuevo núcleo es menor que la suma de las masas originales. Según el principio de equivalencia masa-energía, esta diferencia de masa significa que una parte de la masa “perdida” se ha convertido en energía[2] Para los elementos más ligeros que el hierro, la fusión suele liberar energía. Para los elementos más pesados que el hierro, se necesita energía para que se produzca la fusión. Para que se produzcan elementos más pesados que el hierro se necesita un haz de partículas de alta energía o una supernova.

Aunque la fusión de átomos pequeños desprende mucha energía, iniciar este proceso requiere una cantidad importante de energía. Esta energía es necesaria para superar la repulsión de Coulomb que existe entre los protones los dos núcleos diferentes. Los átomos de hidrógeno deben acercarse lo suficiente para que la fuerza nuclear fuerte pueda superar la repulsión de culombio. La energía inicial necesaria es un factor importante que dificulta la fusión[2].