Fusión, fisión y el problema de la energía. 1

células solares

Producción de energía vs naturaleza


Si hacemos una encuesta a nivel global, una de las preocupaciones de nuestro tiempo es el problema de la energía. En la actualidad una gran parte de los elementos que tenemos a nuestro alrededor son eléctricos, por lo que consumen energía, y además tendemos a sustituir cada vez más elementos mecánicos por eléctricos.

tendido-elelectrico

tendido eléctrico

Por ahora la demanda energética esta saciada por una red eléctrica que bebe de diferentes tipos de energías. Estas pueden ser centrales hideléctricas, como las de las presas construidas hace años, o de fuentes más modernas, como los campos eólicos o los molinos de viento.

Pero la cantidad de energía producida por estas centrales es insuficiente para la demanda actual y menos para la futura. En la actualidad, la mayor cantidad de energía producida, se genera en las centrales nucleares.

centralnuclear

Central nuclear

Sobre la teoría hay dos tipos de centrales nucleares. De fusión y de fisión. Pero por ahora solo somos capaces de construir centrales de tipo fisión, que son más peligrosas por la generación de elementos radiantes. Lo ideal sería poder construir centrales de fusión que generarían una energía «limpia» como ocurre en el interior de las estrellas como nuestro Sol, pero no disponemos de la tecnología para controlarlas.

Vamos a ver cual es la diferencia tan radical que hay entre estos dos tipos de centrales analizando las reacciones que se producen en su interior. Las dos de tipo nuclear y regidas por la famosa ley de E = mc².

    • Fisión: Esta reacción se produce cuando un núcleo atómico pesado, como el del famoso Uranio, se divide formando dos núcleos más pequeños. Esta reacción se produce por la captura de un neutrón por parte del núcleo original. La diferencia de la suma de masas resultantes es la que genera la gran cantidad de energía obtenida en este tipo de reacciones. De esta forma, solo con añadir un neutrón, producimos la ración en cadena necesaria para generar una gran cantidad de energía en un espacio controlado por medidas de contención. El problema es que en el mismo proceso se genera una serie de subproductos, como las partículas alpha y beta o los rayos gamma, que son los causantes de la radiación y que si se escapan del recinto de contención de la central son las causantes de los problemas.
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Esquemas de las reacciones de fisión y fusión.

  • Fusión: De forma inversa a la anterior, esta reacción es fruto de la unión de dos núcleos, por lo que no se generan subproductos y por eso se la denomina energía limpia. El problema en este caso es que para que se produzca la fusión de los núcleos, estos han de estar muy juntos, y existe un tipo de energía nuclear, la energía nuclear fuerte, que hace que esto sea posible, siempre y cuando sea mayor que la repulsión electrostática. Este proceso es análogo a cuando queremos juntar dos bolas imantadas. Parece sencillo, pero a nivel nuclear, la repulsión electrostática es el gigante de las fuerzas y para conseguir que se equiparen debemos introducir los núcleos en un estado de plasma o sopa de electrones que se consigue a muy altas temperaturas. De millones de grados. Y este es el problema, no tenemos la tecnología para controlar este plasma durante un prolongado periodo de tiempo sin que derrita el contenedor.
En las estrellas, como el sol, se producen constantemente reacciones de fusión.

En las estrellas, como el sol, se producen constantemente reacciones de fusión.

Esta es la razón de que en la actualidad las centrales nucleares que hay en el mundo sean del tipo fisión a pesar de los riesgos, ya que con la tecnología actual, podemos controlar el proceso de fisión en todas las fases de la cadena. Pero por contra, solo podemos mantener el plasma necesario para la fusión, en un estado estable durante poco tiempo, y con un gasto energético alto. Lo que hace inviables hoy en día estas centrales.

Para controlar el plasma, dada las temperaturas que se alcanzan para llegar a este estado, no puede ser un confinamiento físico, ya que se derretiría. El sistema de confinamiento que mejores resultados esta dando es un confinamiento magnético. Los experimentos se están centrando en dos tipos de trampas magnéticas creadas mediante grandes imanes y bobinas . Los Tokamak y los Stellarator. Los primeros son toroidales mientras que los segundos crean un campo a base de bobinas dispersas.

Esquema de distribución de bobinas y plasma en el Wendelstein-7-x

Esquema de distribución de bobinas y plasma en el Wendelstein-7-x

Hace poco, el equipo responsable de la construcción del Stellator Wendelstein 7-X en EEUU han publicado unos datos muy prometedores sobre los campos generados. Lo que hace pensar que no estamos tan lejos de lograr controlar este tipo de reacciones a gran escala para que alimente la red eléctrica del futuro.

Paginas relacionadas y referencias:

    • Libros de Física y apuntes de la carrera.

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