La Fusión Nuclear, consiste en la unión de diversos núcleos ligeros para llegar a formar 1 núcleo más grande y pesado, de manera típica este tiende a liberar o a absorber una gran cantidad de energía que es en esos casos en donde la materia se encuentra en el trance de un estado plasmático. En el siguiente artículo conoceremos más acerca de la Fusión Nuclear y todo lo referente a este proceso.
Indice De Contenidos
- 1 ¿Qué es la Fusión Nuclear?
- 2 Historia
- 3 Características de la Fusión Nuclear
- 4 Usos de la Fusión Nuclear
- 5 Reactor Nuclear
- 6 Ejemplos de la Fusión Nuclear
- 7 La Fusión Nuclear en la Naturaleza
- 8 Ventajas de la Fusión Nuclear
- 9 Desventajas de la Fusión Nuclear
- 10 Requisitos de la Fusión Nuclear
- 11 Confinamiento Electrostático Estable para Fusión Nuclear
- 12 ¿Qué Diferencia Hay entre Fisión y Fusión Nuclear?
¿Qué es la Fusión Nuclear?
En la física nuclear, la denominada Fusión Nuclear consiste en el proceso por el cual múltiples núcleos atómicos de una carga parecida se tienden a unir y forman un tipo de núcleo que suele ser más pesado. De manera simultánea este se libera o también en ciertas ocasiones tiende a absorber 1 cantidad grande de energía, que es lo que le permite a la materia poder entrar en un estado nominado plasmático.
La fusión nuclear de unos 2 núcleos de una menor masa que el hierro debido a que en este elemento y también en el níquel suele ocurrir la mayor energía de enlace nuclear por el llamado nucleón, tiende a liberar la energía en general. Por el contrario, la fusión de los núcleos que son más pesados que el elemento del hierro es el que absorbe la energía. En el proceso inverso, la llamada fisión nuclear, dichos fenómenos tienden suceder en sentidos contrarios.
En el caso más simple de la fusión, en el elemento del hidrógeno, 2 protones deben de aproximarse lo más cerca posible para que la interacción nuclear de manera feroz pueda llegar a sobrepasar la repulsión eléctrica de manera mutua y poder adquirir una posterior liberación de la energía.
En el caso de la naturaleza suele ocurrir la fusión nuclear en las estrellas, incluyendo también en el Sol. En el interior de estos las temperaturas son muy cercanas a los 15 millones de Kelvin. Por esto a las reacciones de la fusión se les nombra como termonucleares. En diversas empresas se ha llegado a lograr también un tipo de fusión que se le puede identificar como una fusión artificial, sin embargo aún no ha podido ser totalmente controlada.
Sobre la base de los experimentos de la conocida transmutación nuclear de Ernest Rutherford, que fueron realizado pocos años anteriores, un hombre llamado Mark Oliphant, en el año 1932, llegó a observar 1ra vez la fusión de los núcleos ligeros que son los isótopos de hidrógeno.
Posteriormente, en el transcurso del resto de ese decenio, una persona llamada Hans Bethe llegó a estudiar las etapas del ciclo principal de la fusión nuclear que tiende a ocurrir en las Estrellas.
Las investigaciones acerca de la fusión para los fines militares se llegaron a comenzar en la década del año 1940 como parte de un proyecto llamado Proyecto Manhattan, sin embargo dicho proyecto no tuvo éxito sino hasta el año 1952 es decir funcionó 12 años más tarde de su comienzo. La indagación de forma relativa a la fusión controlada con los fines civiles se empezó en la década del año 1950, y aún continúa hasta la actualidad.
Historia
Los primeros orígenes de la fusión nuclear se llegan a localizar en el año 1929 cuando 2 hombres llamados Atkinson y Houtemans fueron los que plantearon la posibilidad de poder obtener la energía de las reacciones de la fusión nuclear. Sin embargo, los conceptos con más importancia sobre la fusión nuclear y sobre su aplicación real, se llegaron a desarrollar a partir del año 1942 con los trabajos de:
- Bethe
- Fermi
- Oppenheimer
- Teller, entre otros
Por medio del proyecto llamado Sherwood se llegaron a llevar a cabo los primeros avances tecnológicos, que lograron permitir el desarrollo del concepto de confinamiento magnético, logrando obtener los 1ros diseños que son:
- Z- Pinch.
- Espejos Magnéticos.
En el año 1961, J. Nuckolls de los EE.UU y también N. Basov de URSS llegaron a desarrollar 1 técnica por la cual a consecuencia de esta se podría llegar a obtener las reacciones de fusión nuclear por medio de las altas compresiones que son provocadas por la cesión de la energía. También se desarrollaron de la misma manera los programas secretos en los EE.UU y en Rusia. Posteriormente, la nación de Francia se llega a unir a este tipo de desarrollo, que asimismo tiende a ser secreto. Otros diversos países como por ejemplo:
- Alemania
- Japón
- Italia
- EEUU (Rochester)
Llegaron a desarrollar los programas de una manera abierta y no secreta. En el año 1965, Artsimovich fue el que presentó los resultados obtenidos de las investigaciones que realizó, en la “ 2ª Conferencia de Plasma y la Fusión Controlada ”, sobre el llamado concepto TOKAMAK que significa Toroidal KAamera MagnetiK.
En la década de los años 70 empezó a producirse la primera serie de las publicaciones sobre la FCI que consiste en la Fusión Nuclear por Confinamiento Inercial. En los EEUU, los principales investigadores fueron los siguientes:
- Brueckner
- Nuckolls
- Kidder
- Clark
En la nación de Rusia, un hombre con su equipo de trabajo llamado Basov y todo su equipo lograron conseguir el experimento más avanzado, llegando a alcanzar ceca de los 3 millones de neutrones en la implosión de las esferas de CD2.
Características de la Fusión Nuclear
La fusión nuclear se tiende a producir de una manera natural en las estrellas. La energía solar, de hecho, también es generada a partir de la misma fusión nuclear del elemento hidrógeno que se encuentra ubicado en la estrella más importante de nuestro sistema solar es decir el Sol.
La denominada bomba de hidrógeno o también la bomba H consiste en un arma de una gran destrucción de forma masiva de la cual cuya energía se llega a obtener de la fusión de los núcleos de tritio y también de deuterio ya que los 2 son isótopos del hidrógeno, que tienden a producir 1 núcleo de helio.
La 1ra bomba de esta clase, llegó a ser desarrollada por los Estados Unidos y está fue bautizada con el nombre de Ivy Mike, dicha bomba se hizo estallar en el mes de octubre del año 1952 en el atolón Enewetak, el cual es perteneciente a las Islas Marshall.
Usos de la Fusión Nuclear
Las aplicaciones y los usos de la fusión se llegan a orientar en la actualidad, de una manera tan exclusiva a la producción de la energía eléctrica. Sin embargo, por los momentos lo que hay son los reactores de forma experimental de investigación como por ejemplo el ITER, que se encuentran en construcción en las regiones de Cadarache, ubicado en Francia.
El ITER, que se puede llegar a considerar como el mayor proyecto científico de la investigación energética de todo el mundo, y en el que tienden a participar tan solo unos 7 socios que son:
- Unión Europea
- Japón
- Rusia
- India
- Estados Unidos
- China
- Corea del Sur
Los cuales pretenden llegar a demostrar que, si es posible de manera tecnológica el poder utilizar la fusión nuclear como una especie de fuente de energía, del mismo modo en que se suele generar en el sol o en las mismas estrellas. Por los momentos, esta tan solo es 1 máquina de investigación, 1 máquina experimental que solo cuenta con la cooperación de forma internacional para poder llegar a lograr 1 nueva fuente de energía.
Reactor Nuclear
Hace ya unos años que diversas compañías y también ciertas acumulaciones de empresas suelen trabajar sobre su propio tipo de diseño de un reactor de fusión nuclear. Algunos de los más famosos han llegado a conseguir unos interesantes resultados. Sin embargo, hasta la actualidad, el llegar a obtener la energía de manera comercial a partir de lo que denominamos como fusión nuclear la cual tiende a ser.
El principal problema con respecto a esto es, y todo el mundo se encuentra de acuerdo, del origen técnico. Para llegar a producir la fusión nuclear, de la misma forma que, en las centrales de la fisión, se debe de empezar la reacción. El inicio de esto requiere de una gran cantidad de energía porque dicha reacción, como lo explicábamos, necesita poder llegar a romper las fuerzas fundamentales que son las se encargan de mantener la materia unida tal y como se encuentra.
Ejemplos de la Fusión Nuclear
Un ejemplo que podemos mencionar con respecto a la fusión natural es la energía que tiende a ser producida en el interior del Sol. Los átomos del elemento hidrógeno, son sometidos a las grandes presiones gravitatorias, que tienden a colisionar entre sí y por causa de ellos se fusionan a las temperaturas que suele ser muy elevadas más o menos dichas temperaturas oscilan en torno a los 15 millones de Cº. En cada segundo se tienden a fusionar unos 600 millones de toneladas de hidrógeno, llegando a formar lo que conocemos como el helio.
Hoy en día todavía no existen ciertos reactores comerciales de fusión, debido a que esta es una clase de tecnología que por los momento suele ser experimental.
Un ejemplo de esto es el reactor experimental de fusión ITER que se encuentra construyendo en las regiones de Cadarache ubicado en Francia. Este consiste de un proyecto de investigación científica y también de cooperación internacional que posee como objetivo el llegar a determinar la viabilidad tecnológica y la económica de la fusión nuclear por medio del confinamiento magnético.
La Fusión Nuclear en la Naturaleza
Las estrellas, incluyendo el Sol, son los que experimentan de manera constante las reacciones de la fusión nuclear. La luz y el calor que llegamos a percibir del Sol es el resultado de dichas reacciones nucleares de la fusión:
Los Núcleos de hidrógeno tienden a chocar entre sí, y se suelen fusionar dando lugar a 1 tipo de núcleo que es más pesado del elemento helio llegando a liberar 1 enorme cantidad de energía. La energía que es liberada tiende a llegar al Planeta Tierra en forma de radiación electromagnética.
Las fuerzas de la gravedad en el universo tienden a generar las condiciones de manera perfectas para la fusión nuclear. A las reacciones de la fusión nuclear también se les es denominada como reacciones termonucleares por causa de las temperaturas elevadas que suelen tener. En el interior del Sol, la temperatura tiende a ser cercana a los 15 millones de grados según la escala de Celsius.
Fusión Nuclear del Sol
El núcleo solar se tiende a producir casi todo el calor del Sol por medio de la denominada fusión nuclear. El restante de las estrellas son calentadas por la transferencia del mismo hacia el exterior de calor desde el interior de su núcleo. La energía que es producida por la fusión en el núcleo exceptuando a 1 pequeña parte que es transportada por los neutrinos está debe de viajar por medio de diversas capas sucesivas hasta llegar a la fotosfera, antes de poder escapar al espacio como una especie de luz solar o de energía cinética de partículas.
La producción de la energía por una unidad de tiempo esto quiere decir, la potencia de la fusión en el núcleo suele cambiar con la distancia desde la parte central del Sol. En el centro del propio Sol la potencia de dicha fusión posee un valor que es estimado por los modelos de un alrededor de los 276,5 W/m³.
Fusión Nuclear en las Estrellas
La fusión que se encuentra en el centro de las estrella se llega a lograr cuando la densidad y también la temperatura tienden a ser suficientemente elevadas. Existen diversos ciclos de fusión que tienden a ocurrir en las diferentes fases de la vida de 1 estrella. Todos estos diferentes ciclos tienden a formar los diversos elementos que conocemos de ella. El 1er ciclo de la fusión es la fusión del elemento llamado Hidrógeno hacia el Helio. En esta fase es en la que se encuentra en la actualidad nuestro Sol.
En las estrellas con unas temperaturas muy elevadas suelen ocurrir otros ciclos de fusiones, como por ejemplo el ciclo CNO. A las temperaturas que suelen ser aún más elevadas, el helio que se encuentra quemando produce el Carbono. Finalmente, en el transcurso de las temperaturas extremadamente altas se llegan a formar los elementos más pesados como por ejemplo el Hierro.
Las reacciones de las fusiones que tienden a ocurrir en las estrellas son las que forman a los neutrinos que se tienden a llegar a la Tierra. Al detectar dichos neutrinos, los científicos pueden llegar a entender sobre las fusiones internas en las estrellas.
Fusión Nuclear en Frío
La fusión fría es el nombre de forma genérica que se le da a todo tipo de reacción nuclear de la fusión que es causada por las temperaturas y también a las presiones que se encuentran cercanas a las condiciones de ambiente ordinarias, las cuales son muy bajas en comparación a las necesarias por lo normal para la producción de las reacciones termonucleares que se encuentran a los millones de grados Celsius, usando un equipamiento que es de relativamente bajo de coste y con un reducido consumo eléctrico para generarla.
Nunca se pudo llegar a pudo comprobar la posibilidad de manera real de dicha hipótesis y en la actualidad es considerado un bulo, que es atento que toda fusión implica las grandes cantidades de la energía.
Ventajas de la Fusión Nuclear
Existen unas 3 Ventajas de la Fusión Nuclear las cuales son las siguientes:
- En gran parte todos sus desechos estos no revisten la problemática que son provenientes de la fisión.
- La gran abundancia y también el buen precio de todas las materias primas, principalmente del elemento isótopo de hidrógeno deuterio (D).
- Si 1 instalación llegara a dejar de funcionar este se apagaría de inmediatamente, sin llegar a padecer de los peligro de la fusión no nuclear.
En un diseño que es muy prometedor, para llegar a iniciar la reacción, diversos rayos láser de una alta potencia tienden a transferir la energía a 1 pastilla de combustible que es mínima, que se tiende a calentar y se genera 1 implosión, desde todos los puntos se suele colapsar y también se comprime hasta un volumen pequeño, lo cual es lo que provoca la llamada Fusión Nuclear.
Desventajas de la Fusión Nuclear
En caso de que hubiera un accidente nuclear las consecuencias serían catastróficas, como por ejemplo ocurrió en Chernobyl. Otro inconveniente es que la energía nuclear es nociva para el medio ambiente, y se requiere gran cantidad de sistemas de seguridad rigurosos que mantengan el ecosistema fuera de peligro. Una desventaja es que la energía nuclear requiere grandes inversiones, mayoritariamente en infraestructura y se generan residuos radiactivos que son peligrosos durante miles de años.
Requisitos de la Fusión Nuclear
Para que pueda llegar a ocurrir la denominada fusión nuclear debe de superar una barrera de energía que es muy importante la cual es causada por la fuerza electrostática. A las grandes distancias, 2 núcleos se suelen repeler por causa de las fuerzas de repulsión electrostática entre los propios protones, que se encuentran cargados positivamente.
Sin embargo, si se pueden llegar a acercar 2 núcleos lo suficientemente necesario, debido a la interacción nuclear que es fuerte, que en las distancias cortas tiende a ser mayor, se puede llegar a superar la repulsión electrostática.
Cuando 2 nucleón sea protón o en ciertas ocasiones neutrón se suele añadir a 1 núcleo, la fuerza nuclear tiende atraer a los otros nucleones, sin embargo, por causa del corto alcance de dichas fuerzas principalmente a los vecinos inmediatos. Los nucleones que se encuentran en el interior de 1 núcleo poseen más vecinos nucleones que los existentes en la superficie.
Ya que la relación entre el área de la superficie y del volumen de los núcleos menores tiende a ser mayor, por lo general dicha energía de enlace por el nucleón es debido a la fuerza nuclear que sube según el tamaño del núcleo, sin embargo, se aproxima a 1 valor límite correspondiente al de 1 núcleo el cual cuyo diámetro tiende a equivaler al de casi 4 nucleones.
Por otra parte, la fuerza electrostática suele ser inversa al cuadrado de la distancia. De esta forma, a 1 protón añadido a 1 núcleo le llegara a afectar una repulsión electrostática de todos aquellos otros protones. Por lo tanto, debido a la gran fuerza electrostática, cuando los núcleos se tienden a hacer más grandes, la energía electrostática por el nucleón tiende a aumentar sin límite alguno.
El resultado neto de dichas fuerzas opuestas es por lo general la energía de un enlace por el nucleón que tiende a aumentar según el tamaño del núcleo, hasta poder llegar a los elementos como el hierro y el níquel, y también a un posterior descenso en los núcleos que tienden a ser más pesados.
Finalmente la energía del enlace nuclear se llega a transformar en negativa, y los núcleos que son más pesados es decir con más de 208 nucleones, los cuales son correspondientes a 1 diámetro de alrededor de unos 6 nucleones los cuales no son estables.Los 4 núcleos que se encuentran muy unidos, en el orden decreciente de la energía de enlace nuclear, son:
- 62Ni
- 58Fe
- 56Fe
- 60Ni
A pesar de que el isótopo del níquel en el núcleo 62Ni tiende a ser más estable, el isótopo de hierro que es el núcleo 56Fe es una orden de magnitud que tiende a ser más común. Esto es debido a la mayor tasa de desintegración del núcleo 62Ni en el interior de las estrellas, las cuales son impulsada por la absorción de los fotones.
Una muy notable excepción a dicha tendencia general es el núcleo del helio con el núcleo 4He, de la cual cuya energía de enlace tiende a ser mayor que la del elemento del litio, el cual es el siguiente elemento por el incremento de peso. En el principio de la exclusión de Pauli tienden a proporcionar una explicación a dicha excepción:
Debido a que todos los protones y a los neutrones tienden a ser fermiones, no pueden llegar a existir en el mismo estado. Por causa de que el núcleo del 4He se encuentra integrado por unos 2 protones y también por 2 neutrones, de modo que sus 4 nucleones pueden llegar a estar en el estado fundamental, su energía de enlace tiende a ser anormalmente grandes. Cualquier tipo de nucleón adicional tendría que llegar a ubicarse en los estados de energía superiores.
Confinamiento Electrostático Estable para Fusión Nuclear
El Confinamiento Electrostático estable para la Fusión Nuclear, se tiende a basar en la circunscripción total de los iones de hidrógeno, los cuales se encuentran confinados electrostáticamente. Los beneficios de dicho confinamiento tienden a ser múltiples y son:
- El espesor de la esfera de cobre suele anular la inestabilidad que es causada por los errores de la simetría.
- La ionización del hidrógeno se tiende a generar de una manera muy fácil por el campo eléctrico que es el que absorbe los electrones sin llegar a disminuir la intensidad de dicho campo.
- Se puede llegar a obtener un campo eléctrico muy intenso, lo cual es el que evitaría la fuga de los iones del hidrógeno.
- La energía necesaria tiende a ser menor que la consumida por 1 reactor de fusión que suele generar 1 campo electromagnético para llegar a confinar los iones.
- La fusión nuclear se llega a lograr por medio de la compresión – descompresión, aumentando o también disminuyendo la intensidad del campo eléctrico. Para esto se tiende a aumentar o a disminuir la velocidad del generador de la electricidad. Como un moderador de los neutrones que se pueden llegar a usar en el plomo, sin embargo habría que llegar a probar su eficacia en esto.
¿Qué Diferencia Hay entre Fisión y Fusión Nuclear?
Tanto la Fisión como la Fusión Nuclear son las reacciones valga la redundancia nucleares que tienden a liberar la energía que se encuentra almacenada en el núcleo de 1 átomo. Sin embargo existen importantes diferencias entre las 2.
La fisión nuclear consiste en la separación de 1 núcleo que es pesado en los núcleos más pequeños, mientras que en el caso de la fusión nuclear este trata de la combinación de los núcleos más ligeros para llegar a crear 1 más grande y también más pesado.
La Fisión Nuclear
La fisión nuclear consiste en la reacción en la cual 1 núcleo pesado, al llegar a ser bombardeado con los neutrones, se tiende a convertir en un elemento inestable y se descompone en 2 núcleos, de las cuales cuyas masas son del mismo orden de magnitud, y también la suma es ligeramente inferior a la de la masa del núcleo pesado, lo que llega a originar 1 gran desprendimiento de la energía y de la emisión de 2 o 3 neutrones.
Dichos neutrones, a su vez, pueden llegar a ocasionar más fisiones al llegar a interaccionar con los otros núcleos fisionables que son los que emitirán los nuevos neutrones, y así de manera sucesiva. Este efecto multiplicador se tiende a conocer con el nombre de reacción en cadena. En una mínima fracción de tiempo, los núcleos que se encuentran fisionados tienden a liberar una energía de 1 millón de veces mayor que la que es obtenida, por ejemplo, en la reacción de la combustión de un tipo de combustible fósil.
Fusión
La fusión nuclear es una clase de reacción en la que 2 núcleos que tienden a ser muy ligeros se unen para de esa formar obtener 1 núcleo estable que sea más pesado, con 1 masa que es ligeramente inferior a la suma de las masas de los núcleos originales. Este tipo de defecto de masa da lugar a 1 gran desprendimiento de la energía. La energía que es producida por el Sol posee dicho origen.
Para que llegue a tener lugar la fusión, los núcleos que se encuentren cargados con carga positiva, valga la redundancia, deben de acercarse llegando a vencer a las fuerzas electrostáticas de repulsión. En el planeta tierra, donde no se puede llegar a alcanzar la gran presión que sucede en el interior del Sol, la energía necesaria para que dichos núcleos que reaccionan venzan las interacciones se puede llegar a suministrar en una clase de forma de energía térmica o también usando un acelerador de partículas.
