La fusión nuclear es el proceso por el cual los núcleos atómicos se fusionan para formar núcleos más pesados, liberando una enorme cantidad de energía en el proceso. El universo en sí está alimentado en gran medida por la fusión nuclear, ya que es el proceso que alimenta las estrellas. Sin fusión nuclear, las estrellas no podrían existir. ¿Qué es la fusión nuclear? ¿Podrá la humanidad utilizarla alguna vez en la producción de energía?
Cómo funciona la fusión nuclear
La fusión nuclear solo puede ocurrir bajo temperaturas y presiones muy extremas. La temperatura a la que puede ocurrir la fusión nuclear es de 100 millones de grados centígrados. Es por eso que la fusión nuclear tiende a ocurrir solo dentro de los núcleos de las estrellas. Se requieren altas temperaturas para que los núcleos atómicos se muevan a altas velocidades para que puedan unirse tras el impacto, mientras que las presiones más altas aseguran que los núcleos permanezcan dentro de un área relativamente pequeña para que pueda ocurrir la fusión. Por ejemplo, las presiones y temperaturas dentro del núcleo del sol son tan altas que los núcleos de hidrógeno individuales se fusionan. Un núcleo de hidrógeno es un solo protón, y dentro del núcleo de cada estrella, estos protones chocan entre sí y se fusionan. Uno de los protones se desintegrará en un neutrón al impactar, lo que resultará en la formación de lo que se llama deuterio, que es solo un núcleo de hidrógeno que también contiene un neutrón. Cuando dos núcleos de deuterio se fusionan, producen helio, que tiene dos protones y dos neutrones. Curiosamente, no todo el deuterio se convierte en helio. Por ejemplo, el sol fusiona alrededor de 620 millones de toneladas métricas de hidrógeno en 616 millones de toneladas métricas de helio cada segundo. Esa diferencia de cuatro millones se libera como energía en forma de partícula alfa y radiación electromagnética.
La fusión nuclear da como resultado un proceso conocido como nucleosíntesis, en el que todos los elementos hasta el hierro se forman dentro de los núcleos de las estrellas más masivas. Aunque la fusión de hidrógeno es lo que impulsa a las estrellas, cada estrella solo contiene una cantidad finita de hidrógeno. A medida que el hidrógeno se fusiona en helio, la estrella comenzará a fusionar helio en elementos aún más pesados, como oxígeno, carbono y nitrógeno. La masa de una estrella determinará qué elementos se formarán. Cuanto mayor es la masa de una estrella, mayores son las temperaturas y presiones en su núcleo. Generalmente, las estrellas de gran masa continuarán el proceso de fusión hasta la formación de hierro. La fusión de elementos más livianos que el hierro producirá grandes cantidades de energía, pero la fusión del hierro requiere más energía de la que libera. Por lo tanto, el hierro es un absorbente de energía más que un emisor de energía. Una vez que se forma el hierro en el núcleo de una estrella, rápidamente se queda sin energía y colapsa bajo su propia gravedad, eventualmente explotando como una supernova.
Fusión vs Fisión: ¿Cuál es la diferencia?
Diagrama que muestra la diferencia entre fisión nuclear y fusión nuclear.Tanto la fusión como la fisión nuclear tienen nombres que suenan similares, pero son dos formas completamente diferentes de producir energía. La fusión es el proceso por el cual los núcleos individuales se fusionan y liberan energía. Mientras tanto, la fisión es el proceso por el cual los elementos radiactivos inestables se rompen para liberar energía. Mientras que la fusión generalmente trata con elementos ligeros como el hidrógeno y el helio, la fisión utiliza material radiactivo como el uranio y el plutonio. Además, la fisión crea desechos radiactivos como subproducto, mientras que la fusión de hidrógeno solo libera helio como subproducto. La fusión es también un proceso mucho más energético que la fisión.
¿Usarán alguna vez los humanos la fusión para obtener energía?
El interior de un reactor de fusión.La humanidad todavía depende en gran medida del uso de combustibles fósiles para satisfacer sus necesidades energéticas. La producción de combustibles fósiles en el último siglo se ha disparado a medida que la población humana ha crecido exponencialmente. Aunque los combustibles fósiles han hecho que algunas naciones crezcan en sus economías y le han dado a la humanidad acceso a grandes cantidades de energía, existen desventajas obvias al depender de ellos para obtener energía. Cosas como el cambio climático, los conflictos globales y el eventual agotamiento de las reservas de combustibles fósiles son problemas asociados con su uso. Aunque las fuentes de energía renovable están en aumento, ninguna está lo suficientemente cerca de reemplazar los combustibles fósiles como la principal fuente de energía de la humanidad. Sin embargo, ¿qué pasaría si hubiera una forma limpia de energía que pudiera proporcionarnos cantidades ilimitadas de energía prácticamente para siempre? No busque más allá de la fusión nuclear.
La fusión nuclear ofrece a la humanidad una solución potencial a todas sus necesidades y problemas energéticos. Por ejemplo, el sol produce más energía de la fusión nuclear cada segundo que la humanidad en el transcurso de decenas de miles de años. El hidrógeno también es un elemento muy común en la Tierra, y solo se necesitarían pequeñas cantidades para generar grandes cantidades de energía. El único subproducto de la fusión nuclear es el helio, que resulta ser un gas inerte que podría capturarse y utilizarse en otros procesos industriales. No hay residuos nucleares, y no hay gases de efecto invernadero. La energía de fusión también sería extraordinariamente barata ya que simplemente habría mucha energía para usar. Aunque la humanidad ha logrado producir fusión nuclear en laboratorios, los científicos aún no han desarrollado una planta de fusión capaz de generar energía. Más bien, los laboratorios de fusión absorben más energía de la que producen, aunque eso puede cambiar en un futuro no muy lejano. Los científicos constantemente baten récords en la cantidad de energía producida en los reactores de fusión, y puede que solo sea cuestión de tiempo antes de que tengamos un reactor de fusión completo capaz de producir energía.
