La Fusión nuclear sucede en el sol de forma natural, es el proceso responsable del brillo de las estrellas y ha sido estudiada desde su descubrimiento. Durante una fusión, los núcleos de átomos livianos se unen para formar un elemento más estable, un proceso muy contrario a la fisión incluso en materia de seguridad, es tan prometedora para generar energía eléctrica, que aún se investigan seriamente sus aplicaciones energéticas.
Para obtener la fusión, se necesitan enormes presiones y altas temperaturas; condiciones como las que se dan en el núcleo de nuestro sol. En estas circunstancias, los núcleos atómicos de elementos ligeros llegan a estar lo suficientemente cerca y se fusionan formando un elemento más pesado. Las dificultades técnicas en la creación de esas condiciones son una de las razones por las que no hay aún ninguna planta electrica que funcione con este principio.
Los primeros experimentos de fusión nuclear se efectuaron en la década de 1930 por Mark Oliphant, tiempo después Hans Bethe, físico nuclear estadounidense de origen alemán, postuló los pasos necesario para alcanzarla, para ello investigó la fusión nuclear que tenía lugar en las estrellas.
En 1940 Bethe trabajó en el Proyecto Manhattan, entonces la fusión nuclear fue pensada para fines militares e investigada a fondo para llevarla a cabo, pero no tuvieron éxito. La fusión nuclear para fines militares no se consiguío hasta 1952 con la Ivy Mike. El 1 de noviembre de ese año a las 7:15 am, Estados Unidos lanzó la primera bomba termonuclear del mundo en el atolón de Enewetak. La fusión del deuterio liquido (2H) y el Hidruro de Litio (LiH) produjo una enorme explosión de 10.4 Megatoneladas de TNT que dejó literalmente carbonizada parte de la isla.
Para mediados de 1950, las naciones más industrializadas del mundo como: Alemania, Estados Unidos, Francia, Japón, Reino Unido y la URSS contaban con máquinas de fusión en sus laboratorios en los que investigaban como originar una fusión nuclear de forma controlada, por ello su comprensión científica alcanzo un desarrollo gradual.
Uno de los aparatos más desctacadas fue el Stellarator desarrollado por Leo Spitzer en la Universidad de Princeton, a pesar de sus ventajas en el control del plasma, su construcción resultaba altamente costosa, consumía cantidades inmensas de energía y llegó a un punto muerto por no lograr temperaturas lo suficientemente altas para el proceso. El Stellarator aún se utiliza en algunos países para observar el comportamiento del plasma, uno de los más avanzados y costosos se encuentra en España, también el proyecto alemán Wendelstein 7-X desarrolla un nuevo modelo mejorado con algunas caracteristicas del Tokamak.
Cuando la Unión Soviética controló el Sol desde la Tierra.
Para 1955 se sabe que los soviéticos ya habían construido un reactor al que llamaron Tokamak, El aparato fue diseñado por los físicos soviéticos Igor Yevgenyevich, Igor Tamm y Andrei Sajarov (inspirados por una idea de Oleg Lavrentyev), era el primero de su clase, de todos los aparatos construidos hasta el momento, fue el primero en el que se ideó una capa de revestimiento de acero inoxidable dentro de su cámara al vacío de cobre. Durante los siguientes 15 años, la Unión Soviética, fue el único país que desarrollo investigaciones a este nivel.
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| Tokamak T-1, el primer Tokamak, contruido por el Instituto Kurchatov de Moscú. |
En 1968 se produjo un enorme avance cuando el mundo supo que en la Unión Soviética, científicos habían logrado generar enormes temperaturas con un reactor y confinar magnéticamente plasma calentado por períodos de tiempos significativamente duraderos, 2 de los principales criterios con que se da una fusión nuclear en el espacio de forma natural habían sido reproducidos por primera vez en la historia. La URSS colocó a la humanidad en el umbral de la primera fusión nuclear controlada.
El Tokamak
El Tokamak, Toroidalbnaya Kamera Magnitnim katushkami (cámara toroidal con bobinas magnéticas), construido en el Instituto de la Energía Atómica Kurchatov, fue dirigido por el académico L. Artsimovich. El prodigioso dispositivo poseía un altísimo rendimiento, consistía en una cámara al vacío con forma de toroide (rosquilla), en la que el Tritio (3H) y el Deuterio (2H) eran calentados a temperaturas que alcanzaban 1 keV (más de 10 millones de grados °C), alcanzando casi la misma temperatura de nuestro sol. Los gases calentados se convertían en plasma y una bobina de inmensa potencia magnética, lo hacían levitar en la cámara. Para muchos científicos, el resultado era demasiado bueno para ser verdad.
En 1969 la URSS envió un invitación a un grupo de científicos Británicos los cuales la aceptaron con gran interés, el Tokamak T-3 fue enviado a Moscú; donde los científicos Británicos pudieron confirmar su potencial.
El Tokamak se convirtió entonces, en el reactor de fusión nuclear más avanzado del mundo y también en la palabra clave en el estudio de la fusión nuclear con fines civiles. Sería cuestión de meses para que los dispositivos Tokamak se comenzarían a construir en varios países.
IMPORTANTE:
El Tokamak, al igual que sus homólogos, logra generar altas temperaturas mediante un proceso llamado calentamiento óhmico, en el cuál corrientes eléctricas crean un campo electromagnético; aumentando la velocidad con que se mueven las partículas, lo que se traduce en un aumento de temperatura, este principio es similar al que utilizan los microondas para calentar las comidas.
Características de la energía obtenida a partir de una fusión nuclear
Para comprender la importancia de este reactor, hay que ser conscientes de los siguiente:
La fusión nuclear es una fuente de energía inagotable, porque utiliza como combustible gases derivados del Hidrógeno (H); como el Deuterio (2H), que se puede obtener del agua destilada, en cada litro de agua de mar por ejemplo; hay 33 miligramos de deuterio y el Tritio (3H) que es más escaso, pero puede ser reciclado y reutilizado. A pesar de la existencia de otros elementos ligeros, el Deuterio y el Tritio (DT) han sido identificados como los combustibles más eficaces para la reacción.
Un sólo gramo del combustible utilizado en la fusión podría generar energía suficiente para dar electricidad a 1000 hogares durante todo un año y sin producir ningún desecho nuclear radiactivo como los obtenidos de la fisión, que genera 100 veces menos energía. En este caso el único residuo es el helio, un gas noble no contaminante y provechoso, tampoco genera gases de efecto invernadero tal como hacen la mayoría de las centrales eléctricas actuales, es una energía verdaderamente limpia.
Un reactor que no amenaza la vida.
Otra gran ventaja que significaría una central con un reactor de fusión como el Tokamak es la seguridad, la radiación generada por el proceso es tan débil que una hoja de papel bastaría para protegerse de ella. En realidad este reactor puede ser construido en el centro de una ciudad y en el caso de un accidente como el sucedido en Chernóbil, sólo ocurriría un intercambio de calor fuerte entre el plasma y el cuerpo del contenedor.
En teoría podría funcionar con parte de la energía que produce, como una especie de retro-alimentación, dado que produciría muchísima más energía de la que necesita para funcionar.
Durante la cumbre de Ginebra, en noviembre de 1985, la URSS propuso crear un reactor Tokamak con la participación de EE.UU., Europa y Japón; países que registraron mayores avances en la investigación de las reacciones termonucleares, poco más de un año después de la cumbre, en la propia Unión Soviética, sucedió el peor accidente nuclear de la historia.
Debido a una serie de errores de los operarios durante una prueba, el núcleo alcanzó enormes temperaturas y se fundió generando una gran explosión, el pesado techo del reactor 4 de la central nuclear Lenin de Chernóbil salto por los aires, dejando escapar elementos radiactivos demasiado contaminantes y letales para el ser humano, este desastre, además de dejar inhabitable poblados enteros, sigue afectando a los irradiados y su descendencia con enfermedades como cáncer de tiroides, mutaciones, discapacidades y diversas afecciones que en muchos casos culminan en muertes prematuras, Chernóbil es un precedente del enorme riesgo que pueden significar las centrales de fisión nuclear.
La Primera Fusión Nuclear
En 1991, mientras la Unión Soviética era desmantelada, la Joint European Torus, creada por Euratom (Comunidad Europea de la Energía Atómica) en 1983 y con sede en Culham, Reino Unido, pudo realizar con éxito la primera fusión energética controlada de la historia valiéndose de un dispositivo llamado Tokamak JET. Se trataba de un reactor basado en el modelo soviético que logró generar 1,8 megavatios cada 2 segundos, este milagro científico sucedió por segunda vez en 1993, cuando científicos estadounidenses en Princeton lograron generar una fusión con otra variante del Tokamak; el TFTR (Tokamak Fusión Test Reactor).
El Proyecto Tokamak de ITER
ITER, Reactor Termonuclear Experimental Internacional, por sus siglas en inglés, es un proyecto que intenta desarrollar un reactor que genere energía eléctrica a partir de una fusión termonuclear, e investigar la rentabilidad que supondría en materia de costo económico, seguridad energética y potencial. En él, se han puesto los mejores recursos, cerca de 600 científicos trabajaran en el proyecto, siendo un ejemplo de cooperación internacional sin precedentes entre líderes científicos del mundo, para lograr un objetivo global.
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| Así será el futuro complejo de instalaciones, sede del reactor Tokamak de ITER en Cadarache (Francia). |
Los participantes del proyecto son: la Unión Europea (UE), Rusia (en reemplazo de la Unión Soviética), Canadá (1992-2004), Estados Unidos (1999-2003), Corea del sur, China (desde febrero de 2003), India y Japón.
Durante largo tiempo Rusia, EE UU, Japón, China, Corea del Sur y la Unión Europea no podía llegar al consenso sobre la sede del ITER. Figuraban entre los candidatos; Cadarache al sur de Francia, y Rokkasho al norte de Japón, finalmente en 2005 se decidió que Francia sería la sede del proyecto.
Tore Supra Tokamak, es el nombre del dispositivo de ITER que será construido en Cadarache, Francia, está hecho para generar más de 10KeV, es decir temperaturas de más de 150 millones de grados °C (más de 10 veces la temperatura del núcleo del sol), es el único capáz de confinar plasma durante seis minutos con 30 segundos y posee escapes para energía térmica generada.
Este es el reactor Tokamak mas grande que se haya construido y está diseñado para producir alrededor de 500 megavatios durante largos periodos de tiempo, consumiendo sólo 50 para mantener los campos magnéticos y el plasma; alcanzando el tan deseado equilibrio de la energía.
El proyecto tiene un costo de 10.300 millones de euros y es el tercer proyecto más caro de la historia, después de la Estación Espacial Internacional y el Proyecto Manhattan. Está previsto a concluir su reactor de fusión termonuclear en 2018.
Del éxito de estas pruebas depende que se contruyan futuras centrales nucleares de fusión, entonces la fusión nuclear se convertirá en una fuente de energía limpia, segura, barata e inagotable para la humanidad.
Fuente: Revista Sputnik.
