VI. FUSIÓN NUCLEAR – ENERGÍA DEL SOL EN LA TIERRA, parte A Por Dr. Dieter H. Otterbach

VI. FUSIÓN NUCLEAR – ENERGÍA DEL SOL EN LA TIERRA, parte A

1.Que es fusión nuclear

Generar energía del Sol aquí en la Tierra, no implica usar paneles solares ni molinos de viento, pero, significa encender un pequeño sol en un aparato, muy complejo, para generar energía eléctrica abundante y sin nada de emisiones de CO₂, ni produciendo peligrosos subproductos radioactivos. Como en la mitología griega, Prometeo robó el fuego de los dioses y lo trajo a la Tierra, hoy intentamos traer a la Tierra el proceso igual al que nuestro Sol genera su enorme energía. Fusión nuclear es el magnífico proceso del Sol y de la mayoría de las estrellas del universo, que transforma hidrógeno en helio, un gas inerte, con la liberación de enorme energía. Esta energía ya fue demostrada aquí en la Tierra con la bomba de hidrógeno, desgraciadamente, sólo en una manera muy destructiva.

La fusión nuclear de hidrógeno inicia en la región interior del Sol, donde, por su gran masa, que es 330,000 veces la masa de la Tierra, la presión es enorme. El gas en el Sol existe en forma de un plasma a 15 millones C° (centígrados), donde los átomos del hidrógeno pierden su electrón y existen en forma de protones con una carga positiva. Éstos se repelan, pero la alta temperatura y la altísima presión, los comprimen y los fusionan: Cuatro protones de hidrógeno se fusionan formando un átomo de helio, cuya masa es un poco menor que la masa de los cuatro hidrógenos, este pequeño déficit de masa se convierte en muchísima energía, según la fórmula de Einstein, que está explicada ya en uno de los artículos anteriores.

Desde 1950, muchas pequeñas y medianas compañías, hasta algunas universidades, trabajan con varios prototipos para desarrollar un reactor de fusión comercial. En Oxford, Inglaterra, la compañía ITEK alcanzó a generar, en su reactor Tokamac, un plasma de hidrógeno estable y está trabajando en llevar este plasma a temperaturas más altas para conseguir que los átomos se fusionen. Desafortunadamente, éste y todos los otros proyectos, están limitados por falta de dinero. Muy recientemente, China publicó que consiguieron encender un “pequeño sol” por unos segundos; este proyecto cuenta con ilimitados recursos del Gobierno Chino. Todavía hay varios desafíos técnicos para resolver y todos estiman que una versión comercialmente viable está a 30 – 50 años en el futuro, principalmente, por limitaciones de recursos económicos.

Para facilitar el proceso de fusión aquí en la tierra, la mayoría de estos proyectos trabajan con un deuterio (D) más un tritio (T); los dos son otra forma del hidrógeno (H), que tiene un protón y sólo un neutrón (₁¹H). El deuterio es un átomo de hidrógeno con un protón, pero con dos neutrones (₁²D); un tritio es un átomo de hidrógeno que tiene un protón, pero con tres neutrones (₁³T). El deuterio es el átomo del “agua pesada” (D₂O), ampliamente disponible en el agua del mar y usado como moderador en varios reactores nucleares de fisión.

La altísima presión en el interior del Sol no se puede alcanzar aquí en la Tierra, para compensar se tienen que usar temperaturas más altas (100 – 150 millones C°) y átomos que más fácilmente se pueden combinar: un deuterio se fusiona con un tritio formando un helio, liberando el neutrón que sobra; este neutrón reacciona con un deuterio y regenera el tritio, así la fusión continúa, solamente alimentando más deuterio al plasma.

Fusión de deuterio con tritio: ₁²D + ₁³T à ₁⁴He + ₒ¹n

Regeneración del tritio: ₀¹n + ₁²D à ₁³T

El Tokamac es uno de los modelos preferidos para la fusión, es una cámara de vacío en forma toroide (“doughnut”) que contiene deuterio y, con fuertes descargas eléctricas, se calienta a muy altas temperaturas, donde el gas se ioniza (pierde un electrón) y alcanza el estado plasmático. Un fuerte campo magnético, con potentes electroimanes, confina el plasma para que la fusión inicie. Esta reacción no tiene peligro de explosión, como los reactores de fisión, porque cuando se apaga la energía eléctrica del exterior, la reacción de fusión se termina. El producto de la fusión es un poquito de gas helio, un gas inerte, que no tiene efectos de invernadero, pero tiene muchos usos industriales. La función de un reactor de fusión comercial es que su calor genere vapor que impulsa turbinas para producir electricidad. Hasta hoy, el balance de energía es todavía abajo de uno (<1), la energía producida es menor que la energía usada; para uso comercial, este balance tiene que alcanzar por lo menos el doble (>2).

En los siguientes capítulos se explicarán las ventajas de una fusión nuclear, la urgencia y cómo se debería desarrollar un proceso comercial.