Fusión nuclear

n + 14.1 MeV

H2H3

He + 3.5 MeV4

Fusión de deuterio con tritio, por la cual se producen helio 4,se liberan un neutrón y se generan 17,59 MeV de energía, comocantidad de masa apropiada convertida de la energía cinética delos productos, según la fórmula E = Δm c2.

En física nuclear, fusión nuclear es el proceso por el cualvarios núcleos atómicos de carga similar se unen y formanun núcleo más pesado.[1] Simultáneamente se libera o ab-sorbe una cantidad enorme de energía, que permite a lamateria entrar en un estado plasmático.La fusión de dos núcleos de menor masa que el hierro(en este elemento y en el níquel ocurre la mayor energíade enlace nuclear por nucleón) libera energía en general.Por el contrario, la fusión de núcleos más pesados queel hierro absorbe energía. En el proceso inverso, la fisiónnuclear, estos fenómenos suceden en sentidos opuestos.En el caso más simple de fusión, en el hidrógeno, dos pro-tones deben acercarse lo suficiente para que la interacciónnuclear fuerte pueda superar su repulsión eléctrica mutuay obtener la posterior liberación de energía.En la naturaleza ocurre fusión nuclear en las estrellas, in-cluido el Sol. En su interior las temperaturas son cercanasa 15 mil millones de grados Celsius.[2] Por ello a las reac-ciones de fusión se les denomina termonucleares. En va-rias empresas se ha logrado también la fusión (artificial),aunque todavía no ha sido totalmente controlada.Sobre la base de los experimentos de transmutación nu-clear de Ernest Rutherford, conducidas pocos años antes,

Mark Oliphant, en 1932, observó por primera vez la fu-sión de núcleos ligeros (isótopos de hidrógeno).Posteriormente, durante el resto de ese decenio, HansBethe estudió las etapas del ciclo principal de la fusiónnuclear en las estrellas.La investigación acerca de la fusión para fines militaresse inició en la década de 1940 como parte del ProyectoManhattan, pero no tuvo éxito hasta 1952. La indagaciónrelativa a fusión controlada con fines civiles se inició enla década de 1950, y continúa hasta el presente.

1 Requisitos

Para que pueda ocurrir la fusión debe superarse una im-portante barrera de energía producida por la fuerza elec-trostática. A grandes distancias, dos núcleos se repelendebido a la fuerza de repulsión electrostática entre susprotones, cargados positivamente.Sin embargo, si se pueden acercar dos núcleos lo suficien-te, debido a la interacción nuclear fuerte, que en distan-cias cortas es mayor, se puede superar la repulsión elec-trostática.Cuando un nucleón (protón o neutrón) se añade a un nú-cleo, la fuerza nuclear atrae a otros nucleones, pero -debido al corto alcance de esta fuerza- principalmente asus vecinos inmediatos. Los nucleones del interior de unnúcleo tienen más vecinos nucleones que los existentes enla superficie.Ya que la relación entre área de superficie y volumen delos núcleos menores es mayor, por lo general la energíade enlace por nucleón debido a la fuerza nuclear aumentasegún el tamaño del núcleo, pero se aproxima a un va-lor límite correspondiente al de un núcleo cuyo diámetroequivalga al de casi cuatro nucleones.Por otra parte, la fuerza electrostática es inversa al cua-drado de la distancia. Así, a un protón añadido a un núcleole afectará una repulsión electrostática de todos los otrosprotones.Por tanto, debido a la fuerza electrostática, cuando los nú-cleos se hacen más grandes, la energía electrostática pornucleón aumenta sin límite.El resultado neto de estas fuerzas opuestas es que gene-ralmente la energía de enlace por nucleón aumenta segúnel tamaño del núcleo, hasta llegar a los elementos hierroy níquel, y un posterior descenso en los núcleos más pe-

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2 4 VÉASE TAMBIÉN

En distancias cortas la interacción nuclear fuerte (atracción) esmayor que la fuerza electrostática (repulsión). Así, la mayor di-ficultad técnica para la fusión es conseguir que los núcleos seacerquen lo suficiente para que ocurra este fenómeno. Las dis-tancias no están a escala.

sados.Finalmente la energía de enlace nuclear se convierte ennegativa, y los núcleos más pesados (con más de 208 nu-cleones, correspondientes a un diámetro de alrededor deseis nucleones) no son estables.Cuatro núcleos muy estrechamente unidos, en orden de-creciente de energía de enlace nuclear, son 62Ni, 58Fe,56Fe, y 60Ni.[3] A pesar de que el isótopo de níquel 62Nies más estable, el isótopo de hierro 56Fe es una orden demagnitudmás común. Esto se debe a mayor tasa de desin-tegración de 62Ni en el interior de las estrellas, impulsadapor absorción de fotones.Una notable excepción a esta tendencia general es el nú-cleo helio 4He, cuya energía de enlace es mayor que ladel litio, el siguiente elemento por incremento de peso.En el principio de exclusión de Pauli se proporciona unaexplicación a esta excepción: debido a que los protones ylos neutrones son fermiones, no pueden existir en el mis-mo estado.A causa de que el núcleo del 4He está integrado por dosprotones y dos neutrones, de modo que sus cuatro nucleo-nes pueden estar en el estado fundamental, su energía deenlace es anormalmente grande. Cualquier nucleón adi-cional tendría que ubicarse en estados de energía supe-riores.Tres ventajas de la fusión nuclear son:a) en gran parte sus desechos no revisten la problemáticade los provenientes de fisión;b) abundancia -y buen precio- de materias primas, prin-cipalmente del isótopo de hidrógeno deuterio (D);c) si una instalación dejara de funcionar se apagaría in-mediatamente, sin peligro de fusión no nuclear.En un diseño prometedor, para iniciar la reacción, variosrayos láser de alta potencia transfieren energía a una pas-tilla de combustible pequeña, que se calienta y se gene-ra una implosión: desde todos los puntos se colapsa y secomprime hasta un volumen mínimo, lo cual provoca lafusión nuclear.[4]

2 Confinamiento electrostático es-table para fusión nuclear

Como se puede apreciar en el dibujo de arriba, se basa encircunscripción total de iones de hidrógeno, confinadoselectrostáticamente.Los beneficios de este confinamiento son múltiples:

• El grosor de la esfera de cobre anula la inestabilidadcausada por errores de simetría.

• La ionización del hidrógeno se genera fácilmentepor el campo eléctrico que absorbe los electronessin disminuir la intensidad de ese campo.

• Se puede obtener un campo eléctrico intenso, lo cualevitaría fuga de los iones de hidrógeno.

• La energía necesaria es menor que la consumida porun reactor de fusión que genere un campo electro-magnético para confinar los iones.

La fusión nuclear se logra por medio de compresión-descompresión, aumentando o disminuyendo la intensi-dad del campo eléctrico. Para ello se aumenta o se dismi-nuye la velocidad del generador de electricidad.Como moderador de neutrones se puede utilizar plomo,aunque habría que probar su eficacia. Véase dibujo en esteenlace y aquí

3 Otros medios

• Confinamiento inercial

• Confinamiento magnético

• Confinamiento por pinzamiento

• Confinamiento gravitacional

4 Véase también

• Física nuclear

• Fisión nuclear

• Procesos nucleares

• Energía de fusión

• Reactores de fusión termonuclear por confinamientomagnético

• Historia de la fusión nuclear

• Fusión aneutrónica

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5 Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga contenido multi-media sobre Fusión nuclearCommons.

• Ciemat

• Laboratorio Nacional de Fusión (Ciemat)

• Energía nuclear: el poder del átomo (enlace roto dis-ponible en Internet Archive; véase el historial y laúltima versión).

• Fusor

• FusionWiki (en inglés)

6 Notas y referencias[1] Palacios, Sergio (31 de enero de 2015). «Que 100 años no

es nada… o por qué aún no tenemos una central nuclearde fusión». Cuaderno de Cultura Científica. Consultado el2 de febrero de 2015.

[2] Química. Raymond Chang. McGraw-Hill. New York.2003.

[3] «The Most Tightly Bound Nuclei».

[4] Química. Raymond Chang. McGraw-Hill. New York.2003.

• El contenido de este artículo incorpora material deuna entrada de la Enciclopedia Libre Universal,publicada en español bajo la licencia CreativeCommons Compartir-Igual 3.0.

4 7 TEXT AND IMAGE SOURCES, CONTRIBUTORS, AND LICENSES

7 Text and image sources, contributors, and licenses

7.1 Text• Fusión nuclear Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Fusi%C3%B3n%20nuclear?oldid=79833957 Colaboradores: Youssefsan, EL Willy,Franciscolasrozas, Moriel, Sauron, JorgeGG, Vivero, Fractalside, Ascánder, Xerpa27, Cookie, Tano4595, Xenoforme, Locutus, Anv, Tai-chi, Emijrp, RobotQuistnix, Chobot, Yrbot, FlaBot, Maleiva, YoaR, Santiperez, Milestones, Maldoror, Er Komandante, Tomatejc, Txent-xubros, BOTpolicia, CEM-bot, -jem-, Baiji, Antur, Julian Mendez, Mcetina, Montgomery, Ggenellina, Srengel, Yeza, RoyFocker, Eva-nescent, Botones, Isha, Gusgus, JAnDbot, Kved, Muro de Aguas, TXiKiBoT, Mercenario97, Bot-Schafter, Marvelshine, Nioger, Chabbot,Pólux, Dpeinador, Biasoli, VolkovBot, Technopat, Queninosta, Matdrodes, DJ Nietzsche, 3coma14, Muro Bot, Komputisto, Numbo3,Marcelo2891, Srbanana, SieBot, Pompilio Zigrino, Jorjum, Philmarin, Tirithel, Prietoquilmes, Quijav, Makete, Eduardosalg, Wedrey, Fa-nattiq, Leonpolanco, UA31, Shalbat, AVBOT, LucienBOT, Mario.raimondi, Angel GN, JuanKarAlves, Diegusjaimes, MelancholieBot,Luckas-bot, Ceixeoida, DSisyphBot, SuperBraulio13, Ortisa, ElectronikWC, Xqbot, Jkbw, Nicadapa, Josemiguel93, Ricardogpn, Botarel,LINKVERMILION, Linux65, PatruBOT, KamikazeBot, Joseph Raymond, Tarawa1943, Foundling, GrouchoBot, EmausBot, Savh, Zéro-Bot, Africanus, Pezespada4, JackieBot, ChuispastonBot, MadriCR, Waka Waka, Xamexa, Lcampospousa, GM83, Viferico, Jaskjaskjask,SaeedVilla, MerlIwBot, Carnirasse, AvicBot, Sebrev, Jonajptt, DerKrieger, Frank sin Otra, Gusama Romero, Acratta, Lu0490, Helmyoved, 2rombos, Syum90, Rotlink, Addbot, Djzen, Jarould, Mongomerygay, Pani Water y Anónimos: 209

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• Archivo:Deuterium-tritium_fusion.svg Fuente: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3b/Deuterium-tritium_fusion.svgLicencia: Public domain Colaboradores: Trabajo propio, based on w:File:D-t-fusion.png Artista original:Wykis

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