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| Esquema del futuro tokamak del proyecto internacional ITER, actualmente en construcción en el sur de Francia. [ITER Organization] |
La fusión nuclear describe la física de dos o más núcleos atómicos que se fusionan para crear elementos más grandes, el tipo de proceso que ocurre en nuestro propio Sol.
La razón por la que esta es una perspectiva interesante en la producción de energía es porque tal fusión atómica puede liberar grandes cantidades de energía. Si podemos aprovechar esta liberación de energía, la humanidad podría tener acceso a una fuente abundante e inagotable de energía en gran medida sostenible.
Por ahora, tal logro aún está lejos, pero los investigadores de todo el mundo están avanzando constantemente en el campo, entregando mejoras incrementales que poco a poco nos acercan a este objetivo.
¿Cómo funciona la fusión nuclear?
Los átomos crecen a medida que los protones se acumulan en grupos cada vez más grandes, unidos por la fuerte fuerza nuclear. Esta atracción surge de las interacciones entre sus tríos de partículas constituyentes, llamados quarks.
Gracias a la fuerza de Coulomb, la fuerza de atracción o repulsión entre las partículas debido a su carga eléctrica, los protones tienden a mantenerse a una buena distancia entre sí, demasiado lejos para que la fuerza nuclear los agarre.
Los neutrones, por otro lado, no tienen carga, por lo que no son rechazados, lo que les permite moverse relativamente cerca de otras partículas nucleares con poco esfuerzo. Gracias a las sutiles diferencias en una propiedad llamada espín, los neutrones y los protones que se juntan pueden adherirse para formar un núcleo atómico simple.
En teoría, un protón asociado con un neutrón puede unirse con otra asociación de protones y neutrones, y los neutrones actúan como una especie de mediador. Pero lograr que varios protones se agrupen lo suficientemente cerca para que la fuerza fuerte se haga cargo no es tarea fácil. Incluso las fusiones relativamente simples entre dos átomos de deuterio (hidrógeno que consiste en un protón y un neutrón) para formar un átomo de helio-3 requieren el tipo de presión que se encuentra en los núcleos de objetos como nuestro Sol.
Para que emerjan elementos aún más grandes, como los del tamaño del carbono, estos hornos presurizados necesitarían soportar temperaturas de al menos 100 millones de grados Kelvin, seis veces más calientes que el núcleo del Sol.
Fusionar núcleos en elementos aún más pesados, en la escala del oro y el uranio, requiere un grado cósmico de poder. Piensa en los tipos de fuerzas que se encuentran en la colisión de estrellas de neutrones o ciertas supernovas.
¿Cómo produce energía la fusión nuclear?
La producción de energía de fusión depende de las diferencias en la cantidad de energía necesaria para mantener unidas las partículas nucleares.
Si tomas una partícula alfa, un par de protones y un par de neutrones agrupados, y la pesas, obtendrás una masa de 4.00153 unidades. Pesa cada átomo individualmente, sin embargo, y la suma total sería 4.03188 unidades.
Siguiendo la ecuación "energía = masa x cuadrado de la velocidad de la luz" (sí, eso es E = mc2), la diferencia en la masa también es una diferencia en la energía. Unidas juntas, la colección de partículas tiene menos energía que cuando están separadas; por lo tanto, cuando se fusionan, esa energía sobrante se libera al mundo.
Forjada en las profundidades del Sol, dicha energía se abre paso lentamente hacia la superficie, donde se emite en ondas como radiación electromagnética o luz solar.
Aquí en la Tierra, físicos e ingenieros han estado desarrollando varios dispositivos que podrían ayudarnos a capturar y utilizar la energía liberada por la fusión nuclear. Cuando tengan éxito, seguro que te enterarás.
Fuente: https://www.sciencealert.com/what-is-nuclear-fusion