¿Por qué no ha sido posible aún la fusión nuclear en la Tierra?

LA ENERGÍA NUCLEAR DE FUSIÓN

Teóricamente es posible siguiendo un procedimiento similar a la reacción en cadena de la combustión ordinaria (fisión).

Este método se llama fusión termonuclear, o simplemente fusión, porque la energía proviene de reacciones nucleares exoenergéticas que se producen cuando se unen dos núcleos ligeros. Es improbable que esto ocurra a temperatura ordinaria a causa de la repulsión electrostática entre los núcleos, pero podría suceder (de hecho, sucede en el interior del Sol y las estrellas) si la temperatura es suficientemente elevada.

Si vamos calentando un gas hasta elevadas temperaturas, queda primero parcial y luego totalmente ionizado. Se forma un gas que ya no está compuesto de moléculas y átomos, sino de núcleos y electrones. Es lo que se llama plasma totalmente ionizado. Un plasma es el cuarto estado de la materia en contraposición con los otros tres, solido, líquido y gaseoso. Además, el plasma es el estado más abundante de la materia que conforma el Universo.

La energía cinética media E de los núcleos de un plasma ionizado viene dada por la fórmula de la teoría cinética elemental

E = 3/2 Kt

Donde k es la constante de Boltzmann y T la temperatura absoluta.

Para T = 10^6 K, la energía es 130 Ev, y para T = 10^8 K, tendríamos una energía de 13 keV.

Para estas magnitudes de energía, las secciones eficaces de reacción de los núcleos más ligeros ya no son despreciables, y se espera que las reacciones exoenergéticas se produzcan en abundancia si el plasma es suficientemente denso. También se espera que la energía liberada pueda emplearse parcialmente para mantener ese plasma a temperatura idónea, todo en analogía con la combustión ordinaria. Una vez provocada la ignición, el propio calor desprendido mantiene el proceso siempre que no haya pérdidas de energía que extingan la combustión.

Las reacciones de interés para el proceso de fusión termonuclear serán aquellas en las que intervienen los isótopos del hidrógeno, deuterio 2H (D) y tritio 3H (T), para que la repulsión electrostática sea mínima. En un plasma de deuterio pueden producirse las reacciones:

D + D → 3 He + n + 3.27 MeV

D + D → T + p + 4.03 MeV

Ambas desprenden una muy razonable cantidad de energía y su sección eficaz es satisfactoria para energías de colisión de unos 50 keV.

Existe otra reacción más favorable que se puede producir en un plasma que sea mezcla de deuterio y tritio:

D + T → 4He + n + 17.6 MeV

Esta presenta una sección eficaz a energías de colisión de unos 10 keV, y necesita temperaturas menos altas que el plasma de deuterio. Además, la energía liberada es superior y en su mayor parte se la lleva el neutrón, que sale con facilidad del plasma y de cuantos materiales lo rodeen.

La reacción deuterio-tritio es la elegida para la energía de fusión, a pesar de un inconveniente. El deuterio se encuentra en el agua corriente en una proporción de una parte por 7000, y no es difícil separarlo. En cambio, el tritio apenas existe en la naturaleza, porque es un nucleido radioactivo beta con un período de unos 12 años. Hay que prepararlo mediante esta reacción:

6Li + n → 4He + T + 5 MeV

Afortunadamente, el Li (que contiene 7.5% de 6Li) es muy abundante. Los neutrones necesarios para fabricar tritio pueden obtenerse en los reactores actuales de fisión, y en el futuro aprovechando los propios neutrones que se desprendan en a reacción de fusión.

CONCLUSIÓN

Un plasma de deuterio-tritio puede utilizarse como base para un reactor de fusión termonuclear, siempre que se cumplan determinadas condiciones:

1. Confinar el plasma.
2. Calentar ese plasma hasta la temperatura de ignición (unos 100 millones de grados celsius).
3. El plasma debe ser tal que las fugas de energía no lo enfríen, pues se extinguiría la combustión nuclear iniciada.