Page 732 - Fisica General Burbano

REACCIONES DE FUSIÓN Y DE FISIÓN 751

lo que no se encuentra de forma natural; sin embargo, se puede obtener por bombardeo del Li-7
(92,58% en el litio natural) con neutrones rápidos, o del Li-6 (7,42%) con neutrones lentos, según
las reacciones:
1
1 7 3 H+ He + n
2
3
0 n+ Li ® 1 4 0
1 6 3 H+ He
2
3
0 n+ Li ® 1 4
en la primera de ellas el neutrón liberado es lento y puede provocar la segunda reacción.
Además de la mayor energía que se desprende por gramo de combustible en la fusión respec-
to de la fisión, la primera tiene otras grandes ventajas, como son, la imposibilidad de que un reac-
tor de fusión explote y la ausencia de residuos radiactivos. Para lograr la fusión hay que alcanzar
unos niveles críticos de temperatura y densidad, y si uno de estos parámetros falla, la reacción se
extingue. En cuanto a residuos, el helio producido es inerte, mientras que el uranio no quemado o
el plutonio producido es un reactor de fisión permanecen radiactivos durante miles de años y re-
quieren cuidadosas medidas de almacenamiento y control. El mayor peligro que puede presentar
un reactor de fusión es que los neutrones liberados en la reacción puedan producir materiales ra-
diactivos pesados si inciden en la estructura del reactor, sin embargo, este efecto puede ser minimi-
zado con una selección adecuada de esos materiales.
A las elevadas temperaturas que requiere la fusión la agitación térmica es suficiente para que
MUESTRA PARA EXAMEN. PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN. COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR
los átomos se ionicen por choques y todo el material está formado por núcleos y electrones libres,
es decir, en ESTADO DE PLASMA. Si la temperatura del plasma es suficiente se produce la reacción de
fusión, pero para que se mantenga es preciso que la energía ganada supere a las pérdidas. Estas se
originan por varias causas, como son el calentamiento de nuevos núcleos para su fusión, la fuga
de núcleos y de neutrones hacia el exterior del plasma o la radiación de frenado de electrones li-
bres.
La temperatura que hay que sobrepasar para que la generación de energía supere a las pérdi-
8
das se denomina temperatura crítica de ignición, y su valor aproximado es de 4 ´10 K en la re- Fig. XXX-38.– Desarrollo del confi-
namiento inercial producido por pul-
acción deuterio-deuterio y de 4,5 ´10 K en la reacción deuterio-tritio. sos de láser de gran intensidad.
7
Además de la temperatura, hay otros dos factores que influyen en el balance de energía pro-
ducida y perdida, son la densidad de iones, n, y el tiempo de confinamiento, t, que es el tiempo
que se mantienen los núcleos en la zona de reacción a una temperatura igual o mayor que la de ig-
nición. El tiempo de confinamiento es inversamente proporcional a la densidad del plasma, por lo
tanto, el producto n t debe ser mayor que un valor mínimo, fijado por el criterio de Lawson:
3
n t =10 16 s/cm para la reacción deuterio-deuterio.
3
n t =10 14 s/cm para la reacción deuterio-tritio.
Para satisfacer el criterio de Lawson es necesario mantener junto al plasma durante un tiempo
suficiente, pero, a las temperaturas que se requieren, esto no puede conseguirse con medios mecá-
nicos. Por esta razón, para producir la reacción se usan dos procedimientos, el primero es calentar
– 3
un sólido (n • 10 22 cm ) que contenga el material fusionable, como en la bomba de hidrógeno, y
– 3
el segundo es el CONFINAMIENTO DEL PLASMA (n • 10 14 cm ) mediante campos magnéticos.
Comentamos en primer lugar un tipo de confinamiento no magnético que es en realidad una
pequeña bomba de hidrógeno. Se trata del confinamiento inercial que se consigue lanzando si-
multáneamente varios pulsos de láser sobre una esfera de deuterio-tritio de aproximadamente 1
mm de diámetro (Fig. XXX-38). La energía del láser evapora la superficie de la esfera, las partícu-
las que escapan producen una reacción de compresión sobre las restantes, que se concentran au-
mentando con ello la temperatura hasta el valor de ignición, momento en el cual se produce la fu-
sión y la esfera explota. Fig. XXX-39.– Confinamiento mag-
El confinamiento magnético se basa en que, al estar el plasma constituido por partículas carga- nético del plasma en un tokamak.
das, éstas se mueven en trayectorias helicoidales alrededor de las líneas de campo; si se intensifica
el campo magnético, las líneas de campo se juntan y el plasma se comprime. En este comporta-
miento se basa la botella magnética comentada en la cuestión XXI-9. Más empleado es el tokamak
(Fig. XXX-39), un dispositivo de forma toroidal en el que el confinamiento se produce por una
combinación de dos campos, uno en la dirección del eje del toriode, producido por bobinas exte-
riores, y otro, que rodea el plasma, producido por una corriente eléctrica de intensidad muy eleva-
da que se establece a lo largo del propio plasma, el cuál tiene una gran conductividad eléctrica y
es calentado óhmicamente por dicha corriente.
Se han conseguido avances definitivos en el control de la fusión nuclear en el reactor experi-
mental europeo instalado en Oxfordshire, en Gran Bretaña. En el JET (Joint European Torus), el 9
de noviembre de 1991 se mantuvo una reacción de fusión, en una mezcla con el 15% de tritio, du-
rante unos dos segundos, desarrollándose una potencia de 1,9 MW. Para calentar la mezcla de ga-
ses deuterio y trio se hizo pasar a su través una corriente de siete millones de amperios y se inyec-
8
taron haces de partículas energéticas hasta alcanzar los 2 ´10 K.
Dado el éxito de las pruebas realizadas, los científicos que colaboran en el JET esperan que el
programa se prolongue con la investigación de la contaminación y purificación del plasma y con
nuevas pruebas en las que se emplee la mezcla idónea con un 50% de tritio.