FUSION

NUCLEAR

ÍndiceEnergía nuclearVentajas e inconvenientesTipos de E. NuclearFisión NuclearFusión Nuclear. Tipos y vías de desarrollo

Fusión nuclear en calienteFusión en frío. Investigaciones actualesConfinamiento InercialConfinamiento MagnéticoReactores de confinamiento magnético

ENERGÍA NUCLEARLa energía nuclear o energía atómica es la energía que se libera espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares. Sin embargo, este término engloba otro significado, el aprovechamiento de dicha energía para otros fines, tales como la obtención de energía eléctrica, térmica y mecánica a partir de reacciones atómicas, y su aplicación, bien sea con fines pacíficos o bélicos. Así, es común referirse a la energía nuclear no solo como el resultado de una reacción sino como un concepto más amplio que incluye los conocimientos y técnicas que permiten la utilización de esta energía por parte del ser humano.

Ventajas e inconvenientesVentajas:

Una de las grandes ventajas del uso de la energía nuclear és la relación entre la cantidad de combustible utilizado y la energía obtenida. Esto se traduce, también, en un ahorro en transportes, residuos, etc.

Al ser una alternativa a los combustibles fósiles como el carbón o el petróleo, evitaríamos el problema del llamado calentamiento global. Mejoraría la calidad del aire que respiramos con lo que ello implicaria en el descenso de enfermedades y una mayor calidad de vida.

Actualmente la generación de energía eléctrica se realiza mediante reacciones de fisión nuclear, pero si la fusión nuclear fuera practicable, ofrecería las siguientes ventajas:

Obtendríamos una fuente de combustible inagotable. Evitariamos accidentes en el reactor por las reacciones en cadena que

se producen en las fisiones. Los residuos generados són mucho menos radiactivos.

Ventajas e Inconvenientes Inconvenientes:

 Decisiones irresponsables pueden provocar accidentes en las centrales nucleares pero, aún mucho peor, se puede utilizar con fines militares como se demuestra en la historia de la energía nuclear.

A nivel civil, uno de los principales inconvenientes és la generación de residuos nucleares y la dificultad para gestionarlos ya que tardan muchísimos años en perder su radiactividad y peligrosidad.

Aunque los sistemas de seguridad son muy avanzados, las reacciones nucleares por fisión generan unas reacciones en cadena que si los sitemas de control fallasen provocarían una explosión radiactiva.

Por otra parte, la energía nuclear de fusión és inviable debido a la dificultad para calentar el gas a temperaturas tan altas y para mantener un número suficiente de núcleos durante un tiempo suficiente para obtener una energía liberada superior a la necesaria para calentar y retener el gas resulta altamente costoso.

Tipos de E. NuclearLos dos sistemas más investigados y trabajados para la obtención de energía aprovechable a partir de la energía nuclear de forma masiva son la fisión nuclear y la fusión nuclear. La energía nuclear puede transformarse de forma descontrolada, dando lugar al armamento nuclear; o controlada en reactores nucleares en los que se produce energía eléctrica, energía mecánica o energía térmica. Tanto los materiales usados como el diseño de las instalaciones son completamente diferentes en cada caso.

Fisión NuclearLa fisión nuclear es una reacción en la cual al hacer incidir neutrones sobre un núcleo pesado, éste se divide en dos núcleos, liberando una gran cantidad de energía y emitiendo dos o tres neutrones.Fue descubierta por O. Hahn y F. Strassmann en 1938, al detectar elementos de pequeña masa en una muestra de uranio puro irradiada con neutrones.El proceso de fisión es posible por la inestabilidad que tienen los núcleos de algunos isótopos de elementos químicos de alto número atómico, como por ejemplo el uranio 235.O

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Fusión NuclearLa fusión nuclear es la reacción en la que dos núcleos muy ligeros, en general el hidrógeno y sus isótopos, se unen para formar un núcleo más pesado y estable, con gran desprendimiento de energía. Igual que la energía que se produce en el SolPara que se produzca la fusión, es necesario que los núcleos cargados positivamente se aproximen venciendo las fuerzas electrostáticas de repulsión. La energía necesaria para que los núcleos que reaccionan venzan las interacciones se puede suministrar en forma de energía térmica o utilizando un acelerador de partículas. La solución más viable es la fusión térmica. Estas reacciones de fusión térmica, llamadas reacciones termonucleares, se producen en los reactores de fusión y fundamentalmente con los isótopos de hidrógeno.Tipos de fusión nuclear son : La Fusion en caliente, en frío y por por medio del láser.La ganancia energética de la fusión consiste en que la energía necesaria para calentar y confinar el plasma sea menor que la energía liberada por las reacciones de fusión.La tecnología de fusión se está desarrollando en dos líneas principales: Fusión por confinamiento magnético Fusión por confinamiento inercial

Fusión en calienteEn un gas a alta temperatura, la velocidad promedio de las moléculas es grande. Por ejemplo, en el centro del Sol se tiene una temperatura de 20 millones de grados y la velocidad promedio de las moléculas es de 30 000 km/s, un décimo de la velocidad de la luz. Al aumentar la presión y comprimir al gas, acercamos más a las partículas, que ahora chocan con mayor frecuencia. Cuando el gas se halla a muy alta temperatura, los choques son muy violentos y pueden disociar las moléculas en átomos, o aun desprender de éstos a los electrones. Se produce, pues, materia ionizada en forma de gas. Este es el estado en que se encuentra el Sol, y se le conoce como plasma, el cuarto estado de la materia.Para vencer la repulsión eléctrica en un gas formado por una mezcla de tritio y deuterio es necesaria una energía cinética mínima de alrededor de 100 000 eV. Ello implica una temperatura equivalente a mil millones de grados. La temperatura es proporcional a la energía cinética promedio de las moléculas de un gas. Sin embargo, siempre hay moléculas más rápidas que el promedio correspondiente a una temperatura dada. Este hecho permite que a una temperatura considerablemente menor que esos 109K pueda haber una actividad de fusión razonable y suficiente. Así, se ha encontrado que a unos 60 millones de grados la fusión nuclear puede autosostenerse.El otro parámetro importante para mantener la fusión nuclear sostenida es la cercanía entre los núcleos, pues mientras más juntos se encuentren más probable es que se unan. 

Fusión en fríoLa fusión fría (en frío) es el nombre genérico dado a cualquier reacción nuclear de fusión producida a temperaturas y presiones cercanas a las ambientes, muy inferiores a las necesarias normalmente para la producción de reacciones termonucleares (millones de grados Celsius), utilizando equipamiento de relativamente bajo costo y un reducido consumo eléctrico para generarla.

Investigaciones actuales en fusión fríaHoy en día se siguen realizando esfuerzos en la búsqueda de

reacciones nucleares del tipo de la fusión fría, a pesar de que el engaño de los años ochenta quedó marcado en la comunidad científica. Estos esfuerzos son realizados por una parte minoritaria aunque significativa de dicha comunidad.Una de las vías que más dan que hablar en la actualidad se basa en experimentos sobre la sonoluminiscencia. Este fenómeno fue descubierto a principios de los años noventa por Felipe Gaitán y otros en la Universidad de Misisipi, y se basa en la emisión de luz (entre otros tipos de radiación) del interior de burbujas sometidas a excitaciones acústicas. El fenómeno ha sido intensamente estudiado por la comunidad y se siguen encontrando publicaciones al respecto.21En el año 2002, el profesor Rusi P. Taleyarkhan junto a otros miembros del Oak Ridge National Laboratory publicaron en la revista Science un artículo, afirmando que observan emisiones de neutrones de alta energía en este tipo de experimentos. Sin embargo, este artículo ha levantado las voces de numerosos escépticos que no reproducen sus resultados, recordando a los acontecimientos de Pons y Fleischmann. En el 2006, el profesor Taleyarkhan ha vuelto a publicar nuevas pruebas para ratificar su interpretación de los experimentos,22 con nuevas reacciones desde la misma revista Nature. Ciertamente, la comunidad científica ―escarmentada después de tantos años― se encuentra poco receptiva para nuevos avances a este respecto.

Confinamiento Inercial

Confinamiento utilizando el laser o partículas. Es el método más empleado para el confinamiento inercial, emplea láser sobre un blanco. La fusión nuclear por confinamiento inercial con láser se consigue mediante el uso de varios haces de rayos láser, de rayos X, o bien de iones pesados acelerados, enfocados en un pequeño blanco esférico donde se encuentra el combustible de deuterio-tritio. También se utiliza el enfoque indirecto, en el que los haces se enfocan hacia un hohlraum de un metal muy denso que a su vez produce intensos rayos X que inciden sobre el blanco de combustible. Este último proceso es más efectivo.

Confinamiento por pinzamiento. Recientemente se han presentado a la comunidad científica varios proyectos para lograr un confinamiento inercial mediante el uso de ondas de choque electromagnéticas sobre el combustible. Como ejemplos tenemos el Pulsotrón y la "Superbujía" del Laboratorio de Sandía

El confinamiento inercial consiste en conseguir las condiciones necesarias para que se produzca la fusión nuclear dotando a las partículas del combustible de la cantidad de movimiento necesaria para que con el choque de las mismas se venza la barrera culombiana y así se pueda producir la reacción nuclear de fusión.Según el método que se use para dotar del movimiento necesario a las partículas del combustible podemos distinguir:

Una micro-cápsula empleada como combustible en el confinamiento inercial de fusión 

1. El rayo laser calienta rápidamente la superficie del objetivo, generando plasma alrededor.

2. El objetivo es comprimido debido a la expulsión del material que lo rodeaba en su superficie.

3. Se produce la implosión de la micro-cápsula, alcanza a obtener una densidad de 20 veces a la del plomo y hace ignición a 100,000,000 °C

4. La reacción termonuclear se distribuye por el combustible, provocando una salida de varias veces la energía entrante, después se generara un efecto parecido al de una supernova y el objetivo quedara quemado.

Proceso de Confinamiento Inercial

Confinamiento MagnéticoEl plasma, formado por iones de hidrógeno con carga eléctrica positiva (protones) y electrones cuya carga es negativa, se confina en una cámara de forma toroidal, alejado de las paredes mediante intensos campos magnéticos. Se basa en el fenómeno físico por el cual las partículas cargadas que constituyen el plasma orbitan alrededor de las líneas del campo magnético. Si el campo magnético es suficientemente fuerte y las líneas del campo magnético forman superficies cerradas, los iones y electrones permanecen atrapados en estas superficies magnéticas hasta que colisionan con otra partícula. Principalmente, dos tipos de máquinas se basan en esta idea: los tokamaks y los stellarators. Para conseguir suficientes reacciones de fusión en un dispositivo de confinamento magnético, es necesario calentar el plasma mediante microondas o haces de partículas hasta alcanzar la temperatura correcta. Una vez que el proceso de fusión comienza se genera gran cantidad de los productos de la fusión, núcleos de helio y neutrones.

Reactores de Conf. Magnético. Tokamak

Un Tokamak es un reactor de fusión, que tiene forma de cámara toroidal o cilindro anular toroide, algo parecido a una rosquilla sin extremos. Por su interior circula el plasma confinado, a más de 150 millones de grados, que es guiado desde el exterior, por un campo magnético, con la finalidad de que el plasma no toque las paredes del Tokamak y pierda temperatura. El radio del toroide de plasma del Tokamak ITER es de 2 metros de radio interno y 6.2 metros de radio externo. Este Tokamak tiene varias bombas llamadas crypomps, que se encargarán de enfriar los imanes. Uno de los componentes que ayudan a elevar la temperatura del plasma, hasta que alcance la temperatura crítica son lo inyectores de emisores de partículas. El plasma que circula en el interior del torus central está compuesto por 50% deuterio y 50% tritio, el cuál puede generar millones de watts, lo que abastecería a miles de casas, pero se requiere también de mucha energía para mantener el plasma circulando y a tales temperaturas.El campo magnético de un Tokamak, se compone de:

1. Solenoide central: superconductor que induce la corriente en el plasma.2. Bobina toroidal: superconductoras que confinan y estabilizan el plasma. Están

situadas exteriormente en espiral alrededor del toroide.3. Bobina poloidal: superconductoras que confinan y posicionan el plasma del toroide.

Se posicionan en la parte más exterior, longitudinalmente al toroide.4. Cámara de vacío: mantiene en vacío el plasma y es la primera barrera de

confinamiento para el tritio que se encuentran en el interior del toroide.5. Transformadores: conducen la electricidad que abastece a las bobinas toroidales y

poloidales.

Reactores de Conf. Magnético. Stellarators

Los Stellarators son reactores de fusión toroidales con un campo magnético poloidal producido por bobinas exteriores al plasma. Su funcionamiento es continuo pues no existe ninguna corriente plasmática inductiva y no existe el riesgo de disrupciones al no tener corriente interna en el plasma.Los actuales Stellarators están dando buenos resultados, igualándose a los resultados obtenidos en tokamaks.Existen tres tipos de stellarators:1. Torsatrons: Tienen bobinas helicoidales continuas.2. Modulares: Sus bobinas no son planas.3. Heliacs: Conjunto de bobinas planas circulares, distribuidas a lo largo

de una hélice enrollada alrededor de una bobina central circularTorsa

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Bibliografíahttp://energia-nuclear.net/es/ventajas_e_incon

venientes_de_la_energia_nuclear.htmlhttp://

www.yosoynuclear.org/index.php?option=com_content&view=article&id=87:diferencias-entre-fision-y-fusion-nuclear&catid=11:divulgacion&Itemid=22

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/110/htm/sec_15.htm

http://es.wikipedia.org/Video:

http://energia-nuclear.net/es/que_es_la_energia_nuclear.html