Gotas de ciencia - Cap.6 – Fusión nuclear, no todo es lo mismo

Sun as seen by Atmospheric Imaging Assembly of NASA's Solar Dynamics Observatory

El Sol es una estrella de "secuencia principal" y, por lo tanto, genera su energía mediante la fusión nuclear de núcleos de hidrógeno en helio. En su núcleo, el Sol fusiona 620 millones de toneladas métricas de hidrógeno por segundo.

​​Aunque en el ámbito coloquial se suele confundir “fusión” con “fisión” son conceptos opuestos.
 
En física nuclear, la fisión, el proceso más dominado hasta la fecha, consiste en la división de un núcleo en núcleos más livianos, acompañada de algunos subproductos como neutrones libres, fotones y otros fragmentos del núcleo como partículas alfa y beta.

Aunque lo importante para su inicial desarrollo fue la gran cantidad de energía que se desprende en el proceso y que motivó su desarrollo para la creación de las primeras armas nucleares al final de la Segunda Guerra Mundial.
 
Fue pues el desarrollo de armamento su primer uso “práctico” antes de su aplicación civil en las centrales nucleares para la producción de energía eléctrica.
 
Sin embargo la fusión nuclear es es una reacción en la que dos núcleos de átomos ligeros, en general el hidrógeno y sus isótopos (deuterio y tritio), se unen para formar otro núcleo más pesado, generalmente liberando partículas en el proceso.
 
Estas reacciones pueden absorber o liberar energía, según si la masa de los núcleos es mayor o menor que la del hierro, respectivamente. Y si consiguiéramos una reacción donde liberar esa energía de forma segura los problemas energéticos terminarían.
 
Un ejemplo de estas reacciones son las que tienen lugar en el sol, donde se produce la fusión de núcleos de hidrógeno para formar helio, liberando en el proceso una gran cantidad de energía en forma de radiación electromagnética, y que percibimos como luz y calor.
 
El problema es que necesitamos alcanzar altas cotas de energía que permitan a los núcleos aproximarse a distancias muy cortas en las que la fuerza de atracción nuclear supere las fuerzas  de repulsión electrostática.
 
La energía necesaria es tan alta que no compensa el resultado que obtenemos, su “coste” de producción la hace ineficiente. Por ello se especula desde hace años con un proceso de “fusión fría” pero hasta el momento no deja de ser un mito inalcanzable.
 
Luego tenemos el problema de garantizar el confinamiento y control del plasma a altas temperaturas en la cavidad de un reactor de fusión el tiempo necesario para que se produzca la reacción ya que estas temperaturas todo lo “funden”.
 
Como los confinamientos “convencionales”, como las paredes de una vasija, no son factibles debido a las altas temperaturas, se están desarrollando métodos de confinamiento alternativo.
 
Los 2 principales métodos de confinamiento para reacciones de fusión que se experimenta son:
*Fusión por Confinamiento Inercial (FCI)
*Fusión por Confinamiento Magnético (FCM)
 
FCI
Consiste en crear un medio tan denso que las partículas no tengan casi ninguna posibilidad de escapar sin chocar entre sí. Para ello se impacta una pequeña esfera compuesta por deuterio y tritio por un haz de láser provocando su implosión. 
 
Así, se hace cientos de veces más densa que en su estado sólido normal permitiendo que se produzca la reacción de fusión. Actualmente hay  varios reactores experimentales que emplean este proceso.
 
FCM
En este proceso las partículas eléctricamente cargadas del plasma son atrapadas en un espacio reducido por la acción de un campo magnético. Podemos decir que el plasma queda como “levitando” impidiendo así que “abrase"
 
El tipo dispositivo más desarrollado con esta tecnología se denomina “Tokamak” que sería el caso del ITER en el sur de Francia y luego tenemos reactores tipo “Stellarator”, como el Wendelstein 7-X alemán.
 
¿Es realmente segura la fusión nuclear?
En teoría sí, lo es. A pesar de que la fisión y la fusión tienen el mismo «apellido», que no es otro que el adjetivo nuclear, tienen muy poco en común más allá del hecho de que estamos manipulando átomos.
 
En la fusión, a diferencia de la fisión, no se producen residuos radiactivos. El resultado, como hemos visto, es un núcleo de helio, que es un elemento estable, y, por tanto, no es radiactivo.
 
También obtenemos un neutrón, que es el que incidirá en el isótopo del litio alojado sobre las paredes del contenedor de la botella magnética para producir nuevo tritio. Y ya está. No hay nada más.
 
Este neutrón es la clave por su energía: sale “disparado” con una energía de unos 14 megaelectronvoltios! Y es la que los científicos quieren utilizar para producir energía eléctrica.
 
A favor de la seguridad en fusión nuclear podemos decir que las condiciones que nos vemos obligados a recrear para que la reacción tenga lugar son tan exigentes, que, cuando no se dan, aunque sea por un solo instante, la reacción se detiene.
 
Así que lo peor que puede pasar en estas circunstancias es que el reactor resulte dañado, o incluso destruido, con el enorme coste económico que supondría, pero, jamás se producirá ningún tipo de desastre parecido a Chernóbil o Fukushima.