Energía

Energía Nuclear de Fusión y el potencial Energético del Deuterio

La Fusión Nuclear es algo tan «sencillo´´ como la fusión de dos núcleos atómicos y que resulta en la obtención de otro núcleo más pesado. Aunque este que se obtiene es un poco más ligero que la suma de los dos anteriores. La diferencia que podemos encontrar entre ambos se transforma en energía, según como plantea la fórmula.

Es fundamental que para que una reacción nuclear se lleve a cabo los núcleos atómicos deben acercarse los suficiente. El problema es que para que esto suceda se debe vencer la fuerza de repulsión de Coulomb una fuerza que a estas magnitudes es muy grande.

Cuando se aplica tanta energía que provoca altas presiones, temperaturas y una elevada densidad los electrones de la sustancia se liberan de los núcleos y se transforma en plasma. Un estado de la materia complejo del que seguramente has escuchado hablar en otras ocasiones. Cuando se logra conseguir estas condiciones energéticas en la materia la energía cinética es muy alta lo que permite que se acerquen los núcleos lo suficiente como para vencer la fuerza de repulsión de Coulomb y se hace posible la fusión.

Energía de Fisión en el Sol y las Estrellas

El Sol y todas las estrellas son un enorme reactor de fusión. Están formados principalmente por H2 y cuando estos se unen forman átomos de helio (He). Recordemos que Dos átomos de H2 tienen una masa algo mayor que un átomo de helio lo que hace que se libere gran cantidad de energía. Podemos analizarlo en la siguiente expresión.

Para que esta reacción pueda tener lugar se precisa una presión de 108 bares (posible dada la enorme masa del Sol, y las consecuentes fuerzas gravitatorias), una temperatura superior a 20 millones de oC y una densidad de 104 kg/m3.

fisión nuclear

Dentro del Sol por cada segundo que pasa 564 millones de Tn de H2 se transforman en 560 Tn de He. La energía que resulta de esta transformación es transportada a la superficie del Sol e irradiada al espacio exterior. Si cuantificamos la pérdida de masa que resulta de esta reacción sería de 4,3 millones de Tn por segundo. Esto supone que para consumir el 10% de su masa se precisan 6.000 millones de años.

A pesar de las tecnologías actuales y de todo el desarrollo tecnológico conseguir estas condiciones en la tierra se vuelve muy complicado. Puede reducirse la complejidad si se utiliza Deuterio (Hidrógeno Pesado) y Tritio (Hidrógeno Superpesado). Con estas condiciones el inicio de la reacción 100 millones de oC y 100 billones de partículas por cm3, simultáneamente.

La Energía detrás de la bomba de Hidrógeno

La bomba de H2 es capaz de obtener esta cantidad de energía utilizando una explosión de fisión como detonante. La reacción deuterio-tritio es la más fácil de conseguir, ya que se requieren temperaturas relativamente más bajas. El deuterio es muy abundante en la naturaleza, encontrándose en una concentración de 30 g/m3 en el agua del mar; sin embargo el tritio  no se encuentra en estado natural, y se produce en una reacción nuclear a partir del litio natural, que sí es abundante en la naturaleza.

reacción deuterio-tritio
Centrales de Energías Renovables (José A. Carta)

Al provocar la reacción, los neutrones fisionan el litio en helio y tritio, para posteriormente fusionarse al deuterio y el tritio y formar helio, liberando un neutrón y gran cantidad de energía.

La reacción deuterio-deuterio es más difícil de conseguir. En esta se produce helio y un neutrón, o también, tritio y un protón.

Potencial energético del Deuterio obteniendolo del mar.

El potencial energético se podría decir que es incalculable, pero no lo diremos, hagamos unos cálculos rápidos basándonos en datos conocidos. En 1m3 de agua de mar contiene 1025 átomos de deuterio, con una masa de 34,4 g y una energía de 8 x 1012 julios. Esto equivale a; 300 Tn de carbón o 1.500 barriles de petróleo.

Resulta entonces que en 1 km3 de agua de mar equivale a 300.000 millones de Tn de carbón o 1.500 millones de barriles de petróleo. Como los océanos tienen 1.500 millones de km3 de agua, el empleo de 1% del deuterio del océano equivale a 500.000 veces la energía de todos los combustibles fósiles existentes.

El Tritio por otro lado, puede obtenerse a partir de la fusión de los átomos de litio, cuyas reservas también pueden considerarse ilimitadas.

Condiciones actuales y Aprovechamiento de la Fusión Nuclear

nationalgeographic.es

Actualmente equipos de investigación se encuentran estudiando la forma de aprovechar esta fuente de energía. El proyecto (ITER en Francia) se encuentra actualmente en desarrollo y se pretende que para 2025 genere su primer plasma y las primeras operaciones con deuterio y tritio en 2035.

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