FUSIÓN NUCLEAR

David Saraguro

Carlos Brito

José Monard M.

Frein Vera

Anthony Acosta

¿Qué es la fusión nuclear?

En física nuclear, fusión nuclear es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen y forman un núcleo más pesado. Simultáneamente se libera o absorbe una cantidad enorme de energía, que permite a la materia entrar en un estado plasmático.

En el caso más simple de fusión, en el hidrógeno, dos protones deben acercarse lo suficiente para que la interacción nuclear fuerte pueda superar su repulsión eléctrica mutua y obtener la posterior liberación de energía.

En la naturaleza ocurre fusión nuclear en las estrellas, incluido el sol. En su interior las temperaturas son cercanas a 15 millones de grados Celsius. Por ello a las reacciones de fusión se les denomina termonucleares. En varias empresas se ha logrado también la fusión (artificial), aunque todavía no ha sido totalmente controlada.

Sobre la base de los experimentos de transmutación nuclear de Ernest Rutherford, conducidos pocos años antes, Mark Oliphant, en 1932, observó por vez primera la fusión de núcleos ligeros (isótopos de hidrógeno).

Posteriormente, durante el resto de ese decenio, Hans Bethe estudió las etapas del ciclo principal de la fusión nuclear en las estrellas.

La investigación acerca de la fusión para fines militares se inició en los años 40 del siglo XX como parte del Proyecto Manhattan, pero no tuvo buen éxito hasta 1952. La indagación relativa a fusión controlada con fines civiles se inició en el decenio siguiente, los 50, y continúa hasta la fecha.

¿Qué es la fusión nuclear?

Requisitos

Para que pueda ocurrir la fusión debe superarse una importante barrera de energía producida por la fuerza electrostática. A grandes distancias, dos núcleos se repelen debido a la fuerza de repulsión electrostática entre sus protones, cargados positivamente.

Sin embargo, si se puede acercar dos núcleos lo suficiente, debido a la interacción nuclear fuerte, que en distancias cortas es mayor, se puede superar la repulsión electrostática.

Cuando un nucleón (protón o neutrón) se añade a un núcleo, la fuerza nuclear atrae a otros nucleones, pero -debido al corto alcance de esta fuerza- principalmente a sus vecinos inmediatos. Los nucleones del interior de un núcleo tienen más vecinos nucleones que los existentes en la superficie.

RequisitosYa que la relación entre área de superficie y volumen de los núcleos menores es mayor, por lo general la energía de enlace por nucleón debido a la fuerza nuclear aumenta según el tamaño del núcleo, pero se aproxima a un valor límite correspondiente al de un núcleo cuyo diámetro equivalga al de casi cuatro nucleones.

Por otra parte, la fuerza electrostática es inversa al cuadrado de la distancia. Así, a un protón añadido a un núcleo le afectará una repulsión electrostática de todos los otros protones.

Por tanto, debido a la fuerza electrostática, cuando los núcleos se hacen más grandes, la energía electrostática por nucleón aumenta sin límite.

RequisitosEl resultado neto de estas fuerzas opuestas es que generalmente la energía de enlace por nucleón aumenta según el tamaño del núcleo, hasta llegar a los elementos hierro y níquel, y un posterior descenso en los núcleos más pesados.

Finalmente la energía de enlace se convierte en negativa, y los núcleos más pesados (con más de 208 nucleones, correspondientes a un diámetro de alrededor de seis nucleones) no son estables.

Tres ventajas de la fusión nuclear son: a) en gran parte sus desechos no revisten la problemática de los provenientes de fisión; b)abundancia -y buen precio- de materias primas, principalmente del isótopo de hidrógeno deuterio (D); c) si una instalación dejara de funcionar se apagaría inmediatamente, sin peligro de fusión no nuclear.

Confinamiento electrostático estable para fusión nuclear

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

El grosor de la esfera de cobre anula la inestabilidad causada por errores de simetría.

La ionización del hidrógeno se genera fácilmente por el campo eléctrico que absorbe los electrones sin disminuir la intensidad de ese campo.Se puede obtener un campo eléctrico intenso, lo cual evitaría fuga de los iones de hidrógeno.

La energía necesaria es menor que la consumida por un reactor de fusión que genere un campo electromagnético para confinar los iones.

La fusión nuclear se logra por medio de compresión-descompresión, aumentando o disminuyendo la intensidad del campo eléctrico. Para ello se aumenta o se disminuye la velocidad del generador de electricidad.

Como moderador de neutrones se puede utilizar plomo, aunque habría que probar su eficacia. 

¿Qué es el Proyecto Manhattan?El Proyecto Manhattan fue el nombre en clave de un proyecto científico llevado a cabo durante la Segunda Guerra Mundial por los Estados Unidos con ayuda parcial del Reino Unido y Canadá. El objetivo final del proyecto era el desarrollo de la primera bomba atómica antes de que la Alemania nazi la consiguiera.

La investigación científica fue dirigida por el físico Julius Robert Oppenheimer mientras que la seguridad y las operaciones militares corrían a cargo del general Leslie Richard Groves. El proyecto se llevó a cabo en numerosos centros de investigación siendo el más importante de ellos el Distrito de Ingeniería Manhattan situado en el lugar conocido actualmente comoLaboratorio Nacional Los Álamos.

El proyecto agrupó a una gran cantidad de eminencias científicas como Robert Oppenheimer, Niels Böhr, Enrico Fermi, Ernest Lawrence, etc. Dado que, tras los experimentos en Alemania previos a la guerra, se sabía que la fisión del átomo era posible y que los nazis estaban ya trabajando en su propio programa nuclear se reunieron varias mentes brillantes que eran también pacifistas e izquierdistas en su mayoría. Exiliados judíos muchos de ellos, hicieron causa común de la lucha contra el fascismo aportando su grano de arena a la causa: conseguir la bomba antes que los alemanes.

El primer ensayo atómico exitoso ocurrió en el desierto de Alamogordo, en Nuevo México. El test se llamó Trinity y el dispositivo detonado se denominó con nombre en clave Gadget. Se trataba de una bomba-A de plutonio del tipo Fat Man, el mismo tipo de bomba que sería lanzada sobre Nagasaki días después. En la actualidad este lugar está marcado por un monolito cónico negro de silicio resultado de la fusión de la arena bajo el efecto del calor provocado por la explosión.

¿Qué es el Proyecto Manhattan?

Gracias!