¿qué incluye fusión inicia?

¿qué incluye fusión inicia?

Fusión nuclear

El Sol es la principal fuente de energía de la Tierra, pero el planeta sólo recibe una pequeña parte de su energía y el Sol es sólo una estrella ordinaria. Muchas estrellas producen mucha más energía que el Sol. La fuente de energía de todas las estrellas es la fusión nuclear.

Las estrellas están formadas principalmente por hidrógeno y helio, que están tan densamente empaquetados en una estrella que en el centro de la misma la presión es lo suficientemente grande como para iniciar reacciones de fusión nuclear. En una reacción de fusión nuclear, los núcleos de dos átomos se combinan para crear un nuevo átomo. Lo más habitual es que en el núcleo de una estrella dos átomos de hidrógeno se fusionen para convertirse en un átomo de helio. Aunque las reacciones de fusión nuclear requieren mucha energía para iniciarse, una vez que se ponen en marcha producen enormes cantidades de energía (figura siguiente).

En una estrella, la energía de las reacciones de fusión en el núcleo empuja hacia el exterior para equilibrar la atracción de la gravedad hacia el interior. Esta energía se desplaza hacia el exterior a través de las capas de la estrella hasta que finalmente alcanza la superficie exterior de la misma. La capa exterior de la estrella brilla con fuerza y envía la energía al espacio en forma de radiación electromagnética, que incluye luz visible, calor, luz ultravioleta y ondas de radio (figura siguiente).

Proceso de fusión nuclear

Nuestro panorama energético actual depende en gran medida de los combustibles fósiles, que se agotan rápidamente, ya que el 80% del consumo mundial de energía se basa en los combustibles fósiles, y cambiar esta dependencia es fundamental para satisfacer la creciente demanda de energía y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Una vez aprovechada, la fusión tiene el potencial de ser una fuente de energía casi ilimitada, segura y libre de CO2.En el Sol, el proceso de fusión es impulsado por la inmensa fuerza gravitatoria del Sol y las altas temperaturas. Pero la Tierra no tiene la inmensa fuerza gravitatoria necesaria para confinar los núcleos de hidrógeno. Por lo tanto, es necesario un enfoque diferente para lograr reacciones de fusión en la Tierra.

Para lograr la fusión en la Tierra, es necesario calentar los gases a temperaturas extremadamente altas, de unos 150 millones de grados Celsius. Esto es 10 veces más que las temperaturas del núcleo del Sol. Los investigadores de la fusión han establecido que lo más fácil de lograr es la reacción de fusión entre dos isótopos de hidrógeno: el deuterio, que se extrae del agua, y el tritio, que se produce durante la reacción de fusión por contacto con el litio. Cuando los núcleos de deuterio y tritio se fusionan, forman un núcleo de helio, un neutrón y liberan energía.Combustible de deuterio-tritio del futuroLos científicos de la fusión han desarrollado métodos capaces de calentar el plasma a temperaturas de 150 millones de grados Celsius. Sin embargo, no existe ningún material que pueda contener los plasmas a esas temperaturas inimaginables. Por ello, los científicos de la fusión utilizan diferentes métodos de confinamiento del plasma. Uno de ellos es el confinamiento magnético, en el que las partículas de plasma caliente están contenidas en una «jaula» magnética formada por fuertes campos magnéticos que impiden que las partículas se escapen. Para la producción de energía, este plasma tiene que estar confinado durante un periodo suficientemente largo para que se produzca la fusión.

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La fusión nuclear es un tipo de reacción nuclear en la que dos núcleos ligeros colisionan para formar un único núcleo más pesado. La fusión produce una liberación de energía porque la masa del nuevo núcleo es menor que la suma de las masas originales. Según el principio de equivalencia masa-energía, esta diferencia de masa significa que una parte de la masa «perdida» se ha convertido en energía[2] Para los elementos más ligeros que el hierro, la fusión suele liberar energía. Para los elementos más pesados que el hierro, se necesita energía para que se produzca la fusión. Para que se produzcan elementos más pesados que el hierro se necesita un haz de partículas de alta energía o una supernova.

Aunque la fusión de átomos pequeños desprende mucha energía, iniciar este proceso requiere una cantidad importante de energía. Esta energía es necesaria para superar la repulsión de Coulomb que existe entre los protones los dos núcleos diferentes. Los átomos de hidrógeno deben acercarse lo suficiente para que la fuerza nuclear fuerte pueda superar la repulsión de culombio. La energía inicial necesaria es un factor importante que dificulta la fusión[2].

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Los científicos de la principal instalación láser del Departamento de Energía de EE.UU. batieron su propio récord a principios de este mes al generar más de 10 cuatrillones de vatios de energía de fusión durante una fracción de segundo, aproximadamente 700 veces la capacidad de generación de toda la red eléctrica de EE.UU. en un momento dado. La noticia de este avance ha reavivado las esperanzas de que la largamente cuestionada National Ignition Facility (NIF) pueda alcanzar su objetivo de producir más energía de la que consume en una reacción de fusión sostenida.

Desde 1992, los físicos han estado construyendo un amplio programa para estudiar el arsenal nuclear de EE.UU. con superordenadores cada vez más potentes y docenas de otras instalaciones de investigación diseñadas para probar todo, desde materiales y componentes nucleares hasta explosivos. Aunque el NIF no detona bombas en miniatura, dice Herrmann, sus experimentos podrían ayudar a los científicos a mejorar los modelos informáticos que utilizan para simular cómo detonarán las armas, reduciendo potencialmente las incertidumbres. Otros experimentos podrían poner a prueba la resistencia de los componentes electrónicos y de otro tipo de un arma frente a las intensas ráfagas de radiación que se esperan en un entorno bélico hostil.Muchos científicos sostienen que la instalación también refuerza la confianza en el arsenal de armas de la nación -y aleja las amenazas externas- al ayudar a atraer a jóvenes investigadores al campo nuclear y mantener una empresa científica más amplia. «Pero, ¿es el NIF esencial para el programa de gestión del arsenal de Estados Unidos? Algunos críticos han cuestionado si los científicos necesitan la instalación para mantener las armas nucleares de Estados Unidos. Dicen que el programa de gestión ya ha reforzado la confianza en el arsenal dentro de la NNSA, y señalan que la agencia propone ahora construir lo que son efectivamente nuevas armas nucleares, en lugar de limitarse a mantener el arsenal actual con cambios mínimos.

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Andrea Ramos, periodista y redactora. Soy una apasionada de la comunicación en todas sus vertientes, especialmente escrita. Tengo experiencia en agencia y como redactora freelance para distintos medios de comunicación.

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