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Energía de fusión nuclear en el siglo XXI

Energía de fusión nuclear en el siglo XXI


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Una de las formas en que podemos generar una enorme cantidad de energía es mediante reacciones nucleares. Las plantas de energía nuclear utilizan una reacción nuclear para calentar el agua en vapor, que a su vez hace girar turbinas que generan electricidad.

Estados Unidos genera más energía nuclear que cualquier otro país del mundo, y casi el 20% del requerimiento total de energía de Estados Unidos se satisface a través de la energía nuclear.

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Hay dos tipos de reacciones nucleares mediante las cuales podemos generar energía: la fisión nuclear y la fusión nuclear.

Muchos creen que tanto la fisión nuclear como la fusión nuclear se utilizan en las centrales nucleares para generar energía. Sin embargo, solo utilizamos la fisión nuclear, incluso cuando sabemos que la fusión nuclear es una alternativa mucho mejor en términos de disponibilidad de combustible y producción de energía.

Entonces, ¿por qué dependemos de la opción más peligrosa de la fisión nuclear? Vamos a discutir.

Antes de entrar en los detalles específicos de la fisión y la fusión, debe comprender la diferencia entre las dos.

Fisión nuclear: El proceso de generar calor mediante la división de átomos pesados. La división de los átomos se logra golpeando el átomo pesado con partículas de alta velocidad, generalmente neutrones.

Fusión nuclear: El proceso de generar calor al unir dos átomos livianos para formar un átomo más pesado.

Los generadores nucleares que tenemos hoy utilizan la fisión nuclear para generar calor. Un reactor de fisión nuclear utiliza gránulos de óxido de uranio de cerámica para sus núcleos.

Luego, los átomos de uranio se dividen bombardeándolos con neutrones. La división da como resultado una enorme cantidad de calor, liberando más neutrones en el proceso.

Estos nuevos neutrones luego golpean a otros átomos de uranio, que sigue generando más calor y neutrones. Esto se llama reacción en cadena y controlamos la velocidad de reacción usando moderadores como grafito o agua.

Se hace circular un refrigerante para absorber el calor y evitar que el reactor se caliente demasiado. Este es el calor que convierte el refrigerante (agua) en vapor y luego en energía útil.

La salida térmica es muy grande para los gránulos de uranio que usamos en los reactores nucleares, lo que hace que el reactor sea económico en cierto sentido. Solo 20 gramos de combustible de uranio pueden producir tanta energía como 400 kilogramos de carbón.

Solo ocho bolitas de uranio pueden alimentar una casa durante un año.

Cuando comparamos la energía nuclear con otras formas de combustibles fósiles en lo que respecta a la producción de calor, la energía nuclear resulta ser mucho más limpia ya que no se produce CO2.

Aunque utilizamos la fisión nuclear para nuestra energía, en realidad es más contaminante y peligroso trabajar con ella en comparación con la fusión nuclear. Nuestro sol arde brillante y caliente por la energía que se produce a partir de la fusión nuclear.

En teoría, la fusión nuclear puede ser impulsada por la unificación de dos átomos ligeros, y tenemos los candidatos perfectos para el proceso como Tritio y Deuterio. La ventaja de utilizar la fusión nuclear es que, a diferencia del uranio, tenemos una gran cantidad de tritio y deuterio, ya que son los isótopos del hidrógeno.

Los desechos nucleares resultantes son menos radiactivos que los que obtenemos de la fisión nuclear. También hay cero posibilidad de que se produzca una fusión, lo que hace que sea mucho más seguro trabajar con la fusión nuclear en comparación con la fisión.

Con la fusión nuclear mostrando un gran potencial que la fisión, ¿por qué no la usamos? La respuesta es que las condiciones para facilitar la fusión nuclear son difíciles de recrear.

Hemos discutido que el sol trabaja en la fusión nuclear, y esto se debe a que la temperatura y la presión en el núcleo del sol son mucho mayores que las que podemos recrear en los reactores nucleares. Si tuviéramos que replicar tales configuraciones, necesitamos elevar la temperatura del reactor hasta 6 veces la temperatura en el núcleo del sol, lo que equivale a unos 100 millones de grados Celsius.

El sol puede facilitar la fusión con solo 15 millones de grados Celsius debido a su alta presión sostenida dentro de su núcleo.

El inmenso requerimiento de energía se debe al hecho de que la fusión nuclear reúne dos átomos positivos para fusionarse. Dado que las cargas iguales se repelen, necesitamos dar a los átomos enormes cantidades de energía.

Sin embargo, los científicos han estado intentando descifrar el código sobre cómo facilitar la reacción de fusión en la Tierra.

El intento de crear un entorno de este tipo fue posible por primera vez a través de un aparato llamado Tokamak. Se trata de una cámara con forma de rosquilla que utiliza electricidad para cargar el gas dentro del tubo.

Cuando el gas recibe grandes cantidades de carga, cambia el estado a Plasma.

Dado que la cámara está en un estado de vacío antes de que se bombee el gas, los científicos pueden imitar la alta presión y elevar la temperatura aún más para sostener una reacción de fusión. Sin embargo, para mantener la reacción, necesitamos una tonelada de electricidad y una cámara que pueda contener el plasma durante algún tiempo sin derretir todas las partes.

Lo más alto que obtuvimos con el contenido de plasma de alta temperatura es de 102 segundos, hecho posible por el Reactor EAST ubicado en China.

Los científicos suelen bromear diciendo que la energía de fusión ha estado a 20 años de distancia durante las últimas seis décadas.

Ahora bien, esto no significa que estemos renunciando al sueño de una energía mucho más limpia y segura. En cambio, 35 naciones se han unido, reuniendo recursos de $ 25 mil millones para crear el proyecto de investigación más grande de la historia llamado ITER (Reactor Experimental Termonuclear Internacional).

El objetivo del proyecto es crear energía de fusión sostenible para 2035. El ITER es básicamente una versión potente del reactor Tokamak que puede sostener plasma durante más de una hora, suficiente para alimentar a 50.000 hogares.

ITER está ahora en construcción en Saint-Paul-lez-Durance, en el sur de Francia.

El año pasado, un grupo de investigadores del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton logró estabilizar el plasma en los reactores de fusión, con el fin de evitar fluctuaciones en las temperaturas y densidades. Este avance ayudará a evitar que se detengan las reacciones nucleares.

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También estamos viendo el aumento de muchas empresas emergentes que quieren poner en funcionamiento la energía de fusión antes de 2035. Un ejemplo de ello es Commonwealth Fusion Systems, una empresa que planea tener un reactor de fusión en funcionamiento para 2025.

Es seguro decir que ciertamente se están logrando avances en lo que respecta a las tecnologías de fusión. Ciertamente no está al alcance de la mano, pero seguramente valdrá la pena esperar.


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