El Sol es un reactor natural de fusión termonuclear.
Los reactores de fusión termonuclear por confinamiento magnético son proyectos experimentales, vialmente posibles, que se hallan en proceso de diseño y realización. Se utilizan para la generación de energía a partir de la fusión termonuclear de iones confinados por campos magnéticos.
Se basan en el funcionamiento de las reacciones termonucleares producidas en las estrellas, que son reactores de fusión naturales y suelen utilizar el hidrogeno como combustible, ya que es el elemento químico, más sencillo y común de universo. Como resultado, al contraerse y fusionarse bajo la presión extrema de la gravedad, el hidrógeno es reconvertido en helio. En estas reacciones, alrededor 0.5% de la masa del hidrógeno se convierte en energía, de acuerdo con la famosa ecuación de Einstein E=mc2 que relaciona la masa y la energía. De esta forma, las estrellas irradian energía en forma de luz y de calor.
Para poder reproducir una fusión artificial a pequeña escala, en lugar del hidrógeno, utilizamos el deuterio y el tritio como combustibles, dado que estos dos isótopos del hidrogeno, necesitan una menor energía calorífica para fusionarse, que la utilizada por las estrellas. Los reactores experimentales en construcción (ITER) guiarán la viabilidad de los distintos sistemas de generación de energía por fusión en nuestro planeta.
Para conseguir fusionar dos átomos, hay que superar la fuerza de repulsión que poseen sus núcleos. Pues los protones de los dos núcleos, tienen signo positivo.
Solo si los dos núcleos se acercan lo suficiente, pueden superar la cresta de repulsión. Esto se consigue haciéndolos chocar a gran velocidad y elevando la temperatura del reactor a unos 150 millones de grados.
A esas temperaturas, los átomos se mueven a una velocidad tal que se separan en núcleos y electrones libres pues dejan de estar unidos por la fuerza eléctrica que los unía. Este estado de la materia es el cuarto estado, por encima del estado gaseoso. A este cuarto estado se le denomina “plasma” (es un estado parecido al gas pero compuesto por electrones, protones y neutrones, todos ellos separados entre sí y libres, por eso es un excelente conductor).
Para poder conservar esta altísima temperatura, hay que evitar que el plasma choque contra las paredes del reactor. Par evitar estos choques, se utilizan campos magnéticos. Con la ayuda de los campos magnéticos, las partículas del plasma seguirán las líneas magnéticas, como si fuesen guiadas por un carril. Para evitar que las partículas choquen con los extremos del reactor, científicos rusos inventaron el reactor “tokamak”.
2. TIPOS DE REACTORES:
a) Tokamak: Un tokamak o cámara toroidal , es un reactor de fusión con forma cilíndrica y anular (forma parecida a una rosquilla). Un tubo sin extremos rodeado exteriormente con unas bobinas que deben proporcionarle el campo magnético.
Dentro del tokamat, la temperatura es muy alta. Para que el reactor sea seguro necesita tener una presión baja, para que la densidad del plasma también lo sea. Esto es algo que tecnológicamente puede ser complicado, pero es indispensable para el buen funcionamiento del reactor.
b) Stellarators: Son reactores de fusión toroides con un campo magnético poloidal producido por bobinas exteriores al plasma. Su funcionamiento es continuo pues no existe ninguna corriente plasmática inductiva y no existe el riesgo de disrupciones al no tener corriente interna en el plasma.
España, en su línea de investigación sobre fusión y física del plasma posee un Stellarator, el TJ-II, de los más avanzados del mundo, que se encuentra en el CIEMAT, en Madrid. De todas formas, la alternativa ha perdido relevancia frente a los Tokamak, dado que el ITER es un Tokamak.
c) Es precisamente en la forma de crear este campo poloidal en lo que se diferencian el Tokamak y el Stellarator: mientras el primero lo hace utilizando el propio plasma como conductor, el stellarator lo hace mediante bobinas exteriores helicoidales y/o haciendo girar el plasma alrededor de una bobina central circunferencial. Esta máquina es más costosa de fabricar, por la fabricación de bobinas helicoidales, pero dota al plasma de mayor estabilidad, ya que el confinamiento no depende del plasma.
3. IMPLICACIONES MEDIOAMBIENTALES:
En un reactor de fusión, el combustible (deuterio y tritio), no produce una reacción en cadena que pueda contaminar el medio ambiente, en caso de accidente, como ocurre con la fisión nuclear. Si al reactor de fusión se le deja de suministrar combustible, la reacción se para, lo que hace a este tipo de reacción por fusión, sea limpia, segura y ecológica.
En la fusión, se utiliza como combustible el deuterio y el tritio, que son isótopos del hidrógeno. Fusionando el litio se obtendría tritio y helio. Las reservas de litio en el planeta son muy abundantes, por lo que tendríamos tritio para miles de años. El deuterio, se obtiene del hidrogeno que existe en el agua, por lo que se convierte en una fuente casi inagotable de combustible.
En un reactor de fusión la presencia de tritio es un aspecto de seguridad importante, por que es un gas radioactivo que en estado natural tarda 12 años en volverse inocuo. Artificialmente se produce en el interior del reactor a partir de litio. Por ello, no hay que transportar el material radioactivo. Una central en funcionamiento, nunca se acumularía mucha cantidad de este elemento químico. Las paredes del reactor, se vuelven radioactivas, esta radioactividad desaparecerá totalmente en unos cincuenta años.
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