Fusión nuclear, la energía más potente y sostenible

Fusión nuclear, de camino hacia la energía más potente y sostenible inventada por la humanidad

Hace unas semanas nos llegaban noticias a través de los medios de comunicación de uno de los logros científicos más importantes del Siglo XXI en el campo de la investigación hacia nuevas energías limpias.  En el Laboratorio Lawrence Livermore National Laboratory  donde trabajan los mayores expertos en el estudio de la energía nuclear. Han conseguido un hito sin precedentes fruto de años de trabajo y experimentación en métodos para conseguir energía nuclear. Una fuente de energía gracias al método de la fusión nuclear. Este gran paso hacia una energía limpia, segura y prácticamente ilimitada es el resultado de muchos años de investigación. Aunque todavía quedan algunos más desarrollando la técnica hasta poder acercar esta energía a nuestros hogares, la fusión nuclear reinventa el concepto de energía nuclear tal y como la conocemos hasta ahora.

Hoy en Resueltoos queremos enseñaros más sobre la energía nuclear y la fusión nuclear para entender este paso de gigante en la búsqueda de energías sostenibles y respetuosas con el planeta. Recordaros que Resueltoos y sus sistema interactivo permite de manera eficaz poner en practica este tipo de aprendizaje a través de su suscripción y de sus cursos de matemáticas, física, química, lengua, historia y dibujo técnico.

La energía nuclear en la actualidad, pros y contras

La producción de energía nuclear a través de uranio tal y como la conocemos hoy en día tiene grandes ventajas, pero también grandes inconvenientes que la hacen sombra. Inevitablemente, cuando hablamos de energía nuclear a todos nos vienen a la cabeza tragedias como la de Chernóbil en 1.986 y más recientemente Fukushima en 2.011 O Su aplicación en el ámbito militar como la temida bomba atómica. Pero no nos quedemos aquí. Esta energía también tiene grandes virtudes que ya aplicamos en numerosos campos como la medicina nuclear. Antes de seguir adelante, conozcamos algunas de las ventajas y desventajas de la energía nuclear, Principales ventajas de la energía nuclear en la actualidad:

No genera emisión de gases. Por tanto, no contribuye al efecto invernadero ni al problema del calentamiento global. Es una gran alternativa a los combustibles fósiles.

Requiere de muy poco combustible, en este caso uranio, para obtener gran cantidad de energía. Este punto supone un gran ahorro ya que los costes de extracción, manipulación y transporte se reducen considerablemente.

No depende de los cambios climatológicos naturales. Otras energías limpias dependen del sol o del viento como la energía solar o la eólica. La producción de una central nuclear es continua. Lo que permite planificar los costes y necesidades antes de su construcción.

Las plantas de energía nuclear tienen un bajo coste de funcionamiento comparado con las necesidades que genera conseguir energía a base de gas natural o carbón.

Aplicaciones en medicina nuclear. El diagnóstico y tratamiento con técnicas y aparatos basados en la medicina nuclear como la radiología, la tomografía o la posibilidad de escanear el interior del cuerpo. Han salvado y seguirán en un futuro salvando millones de vidas.

Una tecnología en continua evolución. Actualmente los reactores nucleares producen energía mediante fisión nuclear. La evolución hacia la técnica de fusión nuclear solucionará gran parte de los inconvenientes y multiplicará la producción de energía.

Algunas de las desventajas de la energía nuclear:

Las grandes consecuencias de los accidentes tanto a nivel humano como medioambiental. Aunque los estándares de seguridad de las centrales nucleares son altísimos. Los accidentes existen y tiene catastróficas repercusiones.

Los residuos nucleares no se eliminan. Es imposible hacer desaparecer la radioactividad procedente de la transformación de esta energía. Se han conseguido confinar y gestionar en recipientes y lugares estancos, pero con los años el riesgo de fugas o fisuras aumenta.

Las instalaciones nucleares tienen fecha de caducidad. Un reactor nuclear tiene un tiempo aproximado de vida de 10 años. Es necesario desmantelar toda la central nuclear para renovarlos periódicamente.

La inversión inicial para montar una planta nuclear es muy elevada. Lo que hace que debido al corto tiempo de vida de los reactores a menudo no de tiempo a amortizarla.

Los recursos son de un solo uso. El uranio utilizado no es renovable y no se regenera tras su extracción. Con el tiempo se haría cada vez más difícil de encontrar encareciéndose y provocando un mercado negro en torno a su él como el Coltán, los diamantes o el oro. Además, pocos países disponen de minas de uranio. El mercado se vería monopolizado y los países productores se verían obligados a depender de ellos.

Armas nucleares. Todos recordamos la desaparición de las ciudades y habitantes de Hiroshima y Nagasaki tras la bomba atómica. Aunque después de la Segunda Guerra Mundial varias grandes potencias firmaron el Tratado de no Proliferación Nuclear. Las armas nucleares siguen fabricándose y algunos países juegan con la amenaza de utilizarlas.

¿Qué es la fusión nuclear?

La fusión nuclear es un proceso por el cual los núcleos de varios átomos se fusionan entre sí formando uno más grande y produciendo enormes cantidades de energía. Durante la fusión se necesitan una serie de reacciones y situaciones muy difíciles de conseguir. Veamos algunas: 

Nunca se ha producido esta cantidad de energía de forma artificial. Para acercarnos un poquito e intentar hacernos una idea de la extraordinaria cantidad de energía que produce este proceso. Os contaremos que conseguir la fusión requiere unas temperaturas tan elevadas que no se dan en la tierra. Sólo se crea de forma natural en las estrellas. 

La dificultad de reproducir este proceso en reactores de fusión a pequeña escala. Los científicos consideran casi imposible aplicar el método para conseguir la fusión en pequeños reactores. La cantidad de energía que se necesita introducir en el reactor es mucho mayor que la que se consigue. Por esta razón, sólo es viable en reactores de dimensiones nunca construidos hasta el momento.  

Una energía casi ilimitada, prácticamente limpia de residuos y sin emisión de isotopos radiactivos. No emite dióxido de carbono (CO2) ni ningún otro tipo de gases a la atmósfera. Una gran solución para el problema del efecto invernadero. No genera apenas residuos nucleares. Al contrario que la fisión nuclear, los reactores no producen apenase desechos durante el proceso. Una energía prácticamente limpia con residuos mínimos totalmente controlables.

¿En qué asemejan y se diferencian la fisión y la fusión nuclear?

La fisión nuclear y la fusión nuclear tienen el mismo objetivo. Liberar la energía de un átomo mediante reacciones nucleares. La gran diferencia es que la fisión divide el núcleo del átomo en dos o más núcleos de menor tamaño. Mientras la fusión nuclear une los núcleos de varios átomos formando con ellos uno mucho más grande. En ambos procesos la energía se libera en forma de calor y se traslada a gigantescos depósitos de agua para producir vapor de agua a muy elevadas temperaturas. Esta energía térmica es a su vez recogidas por enormes turbinas que la transforman en energía eléctrica. La función principal de un reactor nuclear es por tanto transformar la energía nuclear desprendida por los átomos en energía térmica.

Las grandes ventajas de la fusión nuclear

No necesita uranio para su combustión uno de los elementos más radiactivos y difíciles de eliminar. Suprimimos en gran parte el problema de los residuos radiactivos.

No produce gases nocivos. La unión de dos átomos de hidrógeno produce helio un gas inocuo. No sólo no contribuye al efecto invernadero sino se espera cuando la técnica esté más desarrollada que pueda sustituir a otras energías menos limpias y más perjudiciales para el medio ambiente.

El tritio, uno de los gases producidos al unir dos átomos de hidrógeno si es radiactivo, pero al producirse dentro del reactor, se evita el gasto de tener que transportarlo con medidas extremas de seguridad y por mínimo que sea, el riesgo que conlleva. Además, su vida media es mucho más corta. No dejamos el problema de los residuos radiactivos en herencia a futuras generaciones.

El hito más importante conseguido hasta el momento, difícil de recrear, pero no imposible.

Conseguir energía mediante fusión nuclear es la quimera que todos los especialistas en el campo persiguen. Este gran paso alienta la posibilidad de cambiar la historia de la humanidad y reconducir la producción de energía tal y como la conocemos hoy en día. Abre paso hacia una fuente energética limpia que no necesita quemar combustibles fósiles. Una energía que minimiza al máximo la producción de residuos y promete un futuro más sostenible para el planeta. Conseguir energía nuclear mediante el método de fusión nuclear es la respuesta a la necesidad de los seres humanos de una energía limpia. Para conseguir la fusión nuclear los científicos han centrado sus investigaciones en la observación de la naturaleza. Un redactor nuclear imita lo que sucede en el interior del núcleo de las estrellas. Sin embargo, conseguir estas tremendas cantidades de energía supone un desafío técnico a gran escala:

Para recrear la temperatura a la que se produce esta energía en el interior de las estrellas, los núcleos de hidrógeno nadan en un plasma que alcanza hasta 200 millones de grados Celsius. Un calor semejante a la temperatura del sol. El reto es conseguir que los materiales utilizados en el reactor mantengan el fluido a esta temperatura el tiempo necesario para que se produzcan las reacciones sin destruirse. Las estrellas, como el Sol, realizan este proceso de forma natural empleando protio. Los científicos han logrado fusionar dos núcleos de deuterio y tritio. Dos elementos semejantes con los que es más fácil imitar las condiciones y la presión gravitacional de las estrellas.

ITER el reactor de fusión nuclear más grande del mundo

ITER significa camino en latín y eso es exactamente lo que será este reactor cuando esté terminado. El paso más grande dado por la humanidad en el camino hacia conseguir energía mediante fusión nuclear. ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional), es el experimento científico más complejo, de mayores dimensiones y de más alto coste desarrollado hasta el momento. Fruto de la colaboración de 35 países en el proyecto. Con 23.000 toneladas de peso y una altura de casi 30m. El objetivo del ITER es conseguir que las reacciones de fusión generen mucha mayor cantidad de energía de la enorme cantidad que necesita para producirla y además, pueda mantener la fusión durante largos períodos de tiempo.

Los reactores a gran escala como el ITER utilizan una combinación de potentes imanes, turbinas y generadores que pondrán a prueba los materiales, la tecnología y los dispositivos utilizados en su construcción para crear reacciones de fusión en plasmas a temperaturas super extremas y liberar así energía. El llamado tokamak (Reactor de fusión nuclear por confinamiento magnético) más grande del mundo permitirá la creación y comercialización a gran escala de energía producida mediante fusión nuclear. Si queréis conocer más sobre el ITER, su construcción, sus gigantescos componentes y su funcionamiento. No os perdáis esta interesante conferencia en el canal de youtube de Resueltoos. Un ingeniero del ITER nos lo cuenta en detalle y nos da un paseo virtual por sus instalaciones.

Algunas curiosidades del ITER

Algunos de los componentes del ITER son tan gigantescos y pesados que Francia ha tenido que reforzar y hacer más anchas 102km de carreteras y puentes para poder transportarlos hasta las afueras de Saint-Paul-lez-Durance. Un pequeño pueblo de la Provenza Francesa donde están ubicadas las instalaciones en las que  se lleva a cabo el proyecto. Para que las partículas en movimiento en el interior del reactor fluyan, se genera un plasma a 15 millones de grados. Para evitar que este plasma no toque las paredes del reactor se emplean 18 imanes de 360 toneladas. Lo mismo que pesa un boing 747.

Este plasma se considera el 4º estado de la materia. Un gas muy caliente ionizado que en la tierra es muy difícil de encontrar. Sólo se ha identificado en procesos naturales como las auroras boreales o los rayos. Sin embargo, es el estado más abundante en el universo. El objetivo del ITER es producir unos 500 megavatios de potencia durante un mínimo de 500 segundos utilizando para conseguirla tan sólo 50 megavatios y 1 gramo de tritio.

La construcción de ITER ha sido la única causa capaz de poner a trabajar juntas a todas las principales potencias mundiales. China, Japón, Rusia, la Unión Europea, Estados Unidos, India y Corea del Sur se han unido en este proyecto sin precedentes para conseguir los recursos. El reactor de tipo Tokamak, conocido por su original forma de donut. Fue ideado en los años 50 por los físicos soviéticos Ígor Yevguénievich Tamm y Andréi Sájarov. Aunque ha tenido que esperar al siglo XXI para conseguir ponerse en marcha. Ya llevamos más de 70 años estudiando cómo conseguir la fusión nuclear.

Para seguir aprendiendo:

1- La inteligencia artificial ya esta aquí y se llama chat GPT

2- ¿Quieres ser una gran científica? Estamos a tu lado

3- Llévate el éxito

4- Dominio de una función

5- Puntos de corte con los ejes