Fusión Nuclear (Recopilación de artículos y noticias)

2008-10-20T02:24:00.000-07:00

Un equipo del MIT y la Universidad de Columbia ha probado con éxito un reactor que podría abrir un nuevo camino hacia la fusión nuclear, la cual podría llegar a ser una fuente de energía segura, fiable y casi ilimitada.

**CON ESTOS APPLETS PUEDES simular algunos aspectos basicos de un reactor de fusión desde TU NAVEGADOR
http://ippex.pppl.gov/tokamak/default.htm

Comenzado en el año 1998, el reactor LDX(Levitated Dipole eXperiment) usa una configuración única donde su electroimán principal es suspendido, o mantenido levitando, por otro electroimán desde arriba. El sistema se empezó a probar en el 2004 en un "modo sostenido" de funcionamiento, donde el electroimán se mantuvo en su lugar por medio de una estructura de apoyo, que causaba pérdidas significativas al plasma (un gas caliente y eléctricamente cargado) donde tiene lugar la fusión.

El LDX logró por primera vez operar con su sistema de levitación plenamente activo en el pasado mes de noviembre. Una segunda ronda de pruebas se realizó del 21 al 22 de marzo del actual año, obteniéndose una mejor capacidad de medición, e incluyó experimentos que clarificaron los resultados anteriores. Estos experimentos y el estudio de sus datos demuestran una mejora sustancial en el confinamiento del plasma, un progreso significativo hacia la meta de producir una reacción de fusión nuclear.

La fusión nuclear, el proceso que proporciona su energía al Sol, se produce cuando dos átomos se fusionan, creando un elemento diferente (típicamente el helio) y liberando energía. Estas reacciones sólo pueden generarse a temperaturas y presiones sumamente altas. Como el material está demasiado caliente para ser contenido por cualquier otro, los reactores de fusión operan manteniendo en su lugar los gases cargados eléctricamente (el denominado plasma) por medio de fuertes campos magnéticos que les impiden tocar las paredes del dispositivo.

El reactor LDX reproduce las condiciones necesarias para la fusión imitando el tipo de campo magnético que rodea a la Tierra y a Júpiter. El proyecto conjunto del MIT y de la Universidad de Columbia consta, entre otros elementos, de un electroimán superconductor, a muy baja temperatura, aproximadamente del tamaño y la forma de un gran neumático para camiones. Cuando el reactor está en funcionamiento, este electroimán de media tonelada se hace levitar dentro de una gran cámara al vacío utilizando otro gran electroimán ubicado sobre la cámara.

Mantener el electroimán levitando a la altura correcta requiere de un sistema de realimentación que monitoriza constantemente su posición, utilizando ocho haces láser, y hace en consecuencia los ajustes pertinentes en el sistema de energía del electroimán.

La ventaja del sistema de levitación es que no requiere de ninguna estructura interior de apoyo que interferiría con las líneas del campo magnético que rodean al electroimán en forma de rosquilla. Eso permite que el plasma dentro del reactor fluya a lo largo de las líneas del campo magnético sin tropezar con ningún obstáculo que lo interrumpiría, y por tanto detendría el proceso de fusión.

Además de proporcionar datos que podrían llevar algún día a un reactor de fusión práctico, el dispositivo experimental podría proporcionar importantes conocimientos sobre cómo actúan los campos magnéticos planetarios, una cuestión que aún resulta desconocida en muchos puntos. Así que el experimento es de gran interés tanto para los físicos planetarios como para quienes trabajan en el desarrollo de reactores de fusión nuclear.

Fuente:
http://www.amazings.com/ciencia/noticias/090508d.html

Los prototipos para reactores de fusión por confinamiento magnético son una aplicación más del hecho de que las partículas cargadas necesariamente describen hélices a lo largo de las líneas magnéticas como resultado de la fuerza de Lorenz, F=q(E +v xB). Donde q es la carga, E es el campo eléctrico, v es la velocidad de la carga y B el campo magnético. La expresión anterior está relacionada con la fuerza de Laplace o fuerza sobre un hilo conductor por el que circula corriente.

En fusión, se trata de lograr que dos núcleos ligeros (usualmente alguno de los isótopos del hidrógeno, como el deuterio o el tritio) se acerquen lo suficiente como para separar la repulsión electrostática y se fundan, para dar lugar a uno más pesado (en el caso del hidrógeno, se obtiene helio) y energía. Esta energía puede posteriormente convertirse en energía térmica o eléctrica, y puede ser una de las maneras de solventar la dependencia enfermiza (y cercana al agotamiento) de los combustibles fósiles de la sociedad industrializada.

ISÓTOPOS

El número atómico de un átomo representa el número de protones de su núcleo. Este número es constante para cada elemento. Sin embargo, el número de neutrones puede variar, lo que da lugar a isótopos con el mismo comportamiento químico pero distinta masa. El hidrógeno siempre tiene un protón en su núcleo, cuya carga está equilibrada por un electrón. Los isótopos del hidrógeno son el protio (sin neutrones), el deuterio (un neutrón) y el tritio (dos neutrones). Las imágenes que se muestran son representaciones esquemáticas del átomo: en realidad el núcleo es 100.000 veces menor que el átomo, y el electrón es un millón de veces menor que el núcleo. El tamaño del átomo está determinado por el movimiento del electrón en regiones del espacio llamadas orbitales.

MODOS DE CONFINAMIENTO

Sin embargo, las temperaturas necesarias para que estos núcleos se acerquen lo suficiente son de millones de grados, con lo que el hidrógeno esta totalmente ionizado, es decir, los electrones y los núcleos están separados, formando lo que se conoce como un plasma. Es necesario contener este plasma por un tiempo suficientemente largo como para que se produzcan muchas reacciones de fusión, y a temperaturas tan altas, no hay muchas opciones de como hacerlo. El Sol utiliza la gravedad para contener el plasma de hidrógeno, pero en la Tierra no tenemos ni tanto plasma ni tanto sitio, por lo que hay que conformarse con soluciones más modestas. Dos líneas diferentes se han propuesto: 1) por confinamiento inercial, en la que el plasma se contiene por muy poco tiempo (microsegundos), pero a densidades muy altas (con lo que se producen muchas reacciones). Se consigue comprimiendo una pastilla de hidrógeno mediante láseres de gran potencia; 2) por confinamiento magnético: puesto que el plasma esta formado por partículas cargadas, estas están obligadas a moverse describiendo hélices a lo largo de las líneas magnéticas. Disponiendo estas líneas de manera que se cierren sobre sí mismas, y estén contenidas en una región limitada del espacio, las partículas estarán confinadas a densidades más modestas durante tiempos lo suficientemente largos como para conseguir muchas reacciones de fusión.

Figura 1:Modos de confinamiento

Fuente:
http://bacterio.uc3m.es/investigacion/fusion/intro/

Foto: Reactor de Fusión en marcha.

Ventajas de la fusión sobre la fisión nuclear

A raíz del artículo de ayer sobre el reactor de General Fusión, me han llegado bastantes preguntas sobre este tema, que voy a responder en varios artículos; este es el primero de la serie, donde explicaré las ventajas que tiene la fusión sobre la fisión nuclear

La fisión nuclear consiste en romper un átomo pesado produciendo dos o mas átomos mas ligeros, mientras que la fusión es el proceso inverso; aquí fundimos varios átomos ligeros formando un átomo mas pesado. Las centrales nucleares actuales son de fisión y su funcionamiento se basa en romper los átomos de uranio 235 produciendo estroncio y xenón. (cada átomo de uranio 235 se rompe produciendo un átomo de estroncio y otro de xenón).

Actualmente la fusión es solo una posibilidad y los reactores que existen son piezas de laboratorio destinadas a la experimentación. Estos reactores utilizan como combustible deuterio y tritio (los isótopos de hidrógeno) en una reacción en la que un átomo de deuterio y otro de tritio se unen formando un átomo de helio.

Si tanto la fusión como la fisión son reacciones nucleares, ¿Por que existe tanto interés en la fusión? Estas son las ventajas de la fusión respecto de la fisión:

Mayor eficiencia: En la fisión se transforma en energía aproximadamente el 1% de la materia, mientras que en una reacción de fusión se transforma aproximadamente el 5% de la materia en energía. Esto significa que, a igual masa de combustible, la fusión producirá una cantidad de energía mucho mayor.
El combustible es mas abundante: Las centrales de fisión utilizan uranio 235, que es un elemento muy escaso; de hecho, se cree que las reservas de uranio pueden durar unos 100 años. Respecto a los combustibles para la fusión, el deuterio se extrae de la llamada agua pesada, que representa el 0.015% del total de agua existente en el planeta; en porcentaje es una cantidad muy pequeña, pero si pensamos en la cantidad total de agua que hay en el planeta, la cantidad total es gigantesca. El tritio es un elemento muy escaso en la naturaleza, pero se puede obtener por desintegración del litio, un metal bastante abundante. La desintegración del litio la pueden realizar los propios reactores de fusión.
No hay residuos radiactivos: La desintegración del uranio produce elementos radiactivos que han de almacenarse durante siglos hasta que su actividad se reduzca (son los famosos residuos radiactivos). En el caso de la fusión, el residuo producido es helio, un gas que además de ser totalmente inocuo tiene un importante valor económico.

Además, existe otra ventaja muy importante, pero que requiere una explicación mas detallada. La fisión es un proceso natural, mientras que la fusión es un proceso artificial. Para producir la fisión, basta con reunir una masa de uranio suficiente (la llamada masa crítica) y la radiactividad natural del uranio pondrá en marcha la reacción de fisión. La maquinaria que equipa la central nuclear tiene como misión mantener controlada esta reacción. En el caso de la fusión, para que se produzca es preciso calentar y comprimir la mezcla de deuterio y tritio hasta alcanzar el punto en que se iniciará la reacción. La maquinaria que equipa el reactor tiene la misión de producir estas condiciones a fin de que se produzca la reacción.

De lo dicho en el párrafo anterior se desprende que, si en una central de fisión se produce una avería, lo que ocurrirá es que la reacción nuclear quedará fuera de control, mientras que si la avería se produce en una central de fusión lo que ocurrirá es que la reacción se detendrá. Dicho con otras palabras, la fisión es insegura por naturaleza mientras que la fusión es segura por naturaleza.

Fuente:
http://teleobjetivo.org

Bombas de fusión nuclear

En cambio, las bombas de fusión consisten en la fusión de núcleos ligeros (isótopos del hidrógeno) en núcleos más pesados.

La bomba de hidrógeno (bomba H), bomba térmica de fusión o bomba termonuclear se basa en la obtención de la energía desprendida al fusionarse dos núcleos atómicos, en lugar de la fisión de los mismos.

La energía se desprende al fusionarse los núcleos de deuterio (H²₁) y de tritio (H³₁), dos isótopos del hidrógeno, para dar un núcleo de helio. La reacción en cadena se propaga por los neutrones de alta energía desprendidos en la reacción.

Para iniciar este tipo de reacción en cadena es necesario un gran aporte de energía, por lo que todas las bombas de fusión contienen un elemento llamado iniciador o primario, que no es sino una bomba de fisión. A los elementos que componen la parte fusionable (deuterio, tritio, etc) se le conoce como secundario.

La primera bomba de este tipo se hizo estallar en Eniwetok (atolón de las Islas Marshall) el 1 de noviembre de 1952 con marcados efectos en el ecosistema de la región. La temperatura alcanzada en el «Punto Cero» (lugar de la explosión) fue de más de 15 millones de grados, tan caliente como el núcleo del Sol, por unos cuantos segundos. Literalmente vaporizó dicha isla.

Fuente:
http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_at%C3%B3mica