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25 de junio de 2017

Un imán capaz de albergar una estrella. Por Javier Sampedro para Diario El País. España.

Mide lo que un edificio de cuatro pisos y pesa lo que un Boeing 747, y cuando esté con sus compañeros, formando un anillo de 18 imanes, será capaz de contener una estrella: un trozo de materia donde reina la fusión entre pares de átomos de hidrógeno (cada uno con un protón), para generar átomos de helio (dos protones) y un montón de energía limpia e inagotable. La previsión de sus gestores es que el ITER esté en marcha en 2025.

Un imán capaz de albergar una estrella.                         La primera pieza del anillo magnético del reactor de fusión  ITER augura un futuro con energía limpia e inagotable: la fusión nuclear.

Por : Javier Sampedro.

                       El imán del reactor de fusión nuclear ITER, en La Spezia (Italia).                                                              El imán del reactor de fusión nuclear ITER, en La Spezia (Italia). FUSION FOR ENERGY

Todavía hay que construir otros 17, pero el primer imán del reactor de fusión nuclear ITER ya es una realidad, como puedes leer en Materia.                                                                                                            Mide lo que un edificio de cuatro pisos y pesa lo que un Boeing 747, y cuando esté con sus compañeros, formando un anillo de 18 imanes, será capaz de contener una estrella: un trozo de materia donde reina la fusión entre pares de átomos de hidrógeno (cada uno con un protón), para generar átomos de helio (dos protones) y un montón de energía limpia e inagotable.                                                                                     La previsión de sus gestores es que el ITER esté en marcha en 2025.                                                       Si lo consiguen, será la mayor revolución energética desde el descubrimiento del fuego, y mucho menos contaminante que él.                                                                                                                                                 Ya era hora de que los Homo sapiens nos pusiéramos al día.                                                                           El fuego lo inventó el Homo erectus, en una humillación prehistórica.

Fue el Sol quien alimentó la construcción de aquellos cuerpos vegetales y microbios que ahora recuperamos del subsuelo en nuestras plantas petrolíferas.

El problema, naturalmente, es que no sabemos aprovechar toda esa energía solar que llega a nuestro planeta.

De Freeman Dyson a Michio Kaku, los físicos han calculado que la energía solar es el único futuro posible.                                                                                                                                                                     Todas las reservas de combustibles fósiles (y de uranio) que quedan en el planeta no suman más que la energía que nos llega del Sol en un año. Incluso los combustibles fósiles son energía solar, solo que en diferido.                                                                                                                                                                     Fue el Sol quien alimentó la construcción de aquellos cuerpos vegetales y microbios que ahora recuperamos del subsuelo en nuestras plantas petrolíferas.                                                                             El problema, naturalmente, es que no sabemos aprovechar toda esa energía solar que llega a nuestro planeta.                                                                                                                                                                    Y, aun cuando aprendamos a usarla, eso no será más que una mínima fracción de lo que emite nuestra estrella.                                                                                                                                                                     De ahí la esfera de Dyson, que este físico ideó para capturar todo fotón que escape del Sol, mediante un enjambre de satélites que lo rodee y nos trasmita su energía a la Tierra.                                                       Nuestro futuro depende de la energía solar.

Pero hay otra forma de usar la energía solar, y es imitarla en la Tierra.                                                             La razón por la que el Sol brilla y emite energía es la fusión nuclear: la combinación de dos átomos de hidrógeno para producir uno de helio que mencionamos antes.                                                                     La energía nuclear actual es de fisión: consiste en romper los átomos de uranio o plutonio, que son enormes a las escalas atómicas, generando unos residuos radiactivos de larguísima duración que suponen una hipoteca para las generaciones futuras.                                                                                     La energía nuclear de fusión, por el contrario, es limpia –ni emite dióxido de carbono ni genera residuos radiactivos de larga duración— y su fuente es virtualmente inagotable, porque será el agua del mar.

Mientras no sepamos aprovechar la energía del Sol, la mejor solución será imitarla en tierra firme.                                                                                                                                                    Solo faltan ocho años, y ya tenemos el primer imán. ********************************************************************

¿Qué diferencia hay entre fisión y fusión nuclear?

Tanto la fisión como la fusión nuclear son reacciones nucleares que liberan la energía almacenada en el núcleo de un átomo.                                                                                                                             Pero hay importantes diferencias entre ambas.                                                                                       La fisión nuclear es la separación de un núcleo pesado en núcleos más pequeños,                                mientras que la fusión nuclear es la combinación de núcleos ligeros para crear uno más grande y pesado

Fisión

La fisión nuclear se trata de una reacción en la cual un núcleo pesado, al ser bombardeado con neutrones, se convierte en inestable y se descompone en dos núcleos, cuyas masas son del mismo orden de magnitud, y cuya suma es ligeramente inferior a la masa del núcleo pesado, lo que origina un gran desprendimiento de energía y la emisión de dos o tres neutrones.                                                       Estos neutrones, a su vez, pueden ocasionar más fisiones al interaccionar con otros núcleos fisionables que emitirán nuevos neutrones, y así sucesivamente.                                                                                         Este efecto multiplicador se conoce con el nombre de reacción en cadena.                                                     En una pequeña fracción de tiempo, los núcleos fisionados liberan una energía un millón de veces mayor que la obtenida, por ejemplo, en la reacción de combustión de un combustible fósil.                       Si se logra que solo uno de los neutrones liberados produzca una fisión posterior, el número de fisiones que tienen lugar por unidad de tiempo es constante y la reacción está controlada. 

                                       fision                    Gráfico: En el proceso de fisión nuclear, el uranio 235 (el único isótopo fisible del uranio que se encuentra en la naturaleza) se combina con un neutrón para formar un intermediario inestable, el cual rápidamente se divide (en una de las posibles reacciones) en bario 144 y criptón 89, más tres neutrones.

Este es el principio de funcionamiento en el que se basan los reactores nucleares que se encuentran en operación en la actualidad para la generación de energía eléctrica.      

 

Fusión

La fusión nuclear es una reacción en la que dos núcleos muy ligeros se unen para formar un núcleo estable más pesado, con una masa ligeramente inferior a la suma de las masas de los núcleos iniciales. Este defecto de masa da lugar a un gran desprendimiento de energía.                                                           La energía producida por el Sol tiene este origen.                                                                                              Para que tenga lugar la fusión, los núcleos cargados positivamente deben aproximarse venciendo las fuerzas electrostáticas de repulsión.                                                                                                                  En la Tierra, donde no se puede alcanzar la gran presión que existe en el interior del Sol, la energía necesaria para que los núcleos que reaccionan venzan las interacciones se puede suministrar en forma de energía térmica o utilizando un acelerador de partículas.                                                                             Una reacción típica de fusión nuclear consiste en la combinación de dos isótopos del hidrógeno, deuterio y tritio, para formar un átomo de helio más un neutrón.

 

fusion

Gráfico: El deuterio y el tritio se combinan por medio de la fusión nuclear para formar helio mas un neutrón.

Un ejemplo de fusión natural es la energía producida en el interior del Sol. Los átomos de hidrógeno, sometidos a enormes presiones gravitatorias, colisionan entre sí y se fusionan a temperaturas muy elevadas (en torno a 15 millones Cº). Cada segundo se fusionan 600 millones de toneladas de hidrógeno, formando helio.

En la actualidad aún no hay reactores comerciales de fusión, ya que es una tecnología por el momento experimental.                                                                                                                                                           Un ejemplo es el reactor experimental de fusión ITER que se está construyendo en Cadarache (Francia). Se trata de un proyecto de investigación científica y de cooperación internacional que tiene como objetivo determinar la viabilidad tecnológica y económica de la fusión nuclear por confinamiento magnético.

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