Diseño de un reactor capaz de controlar la Termoreacción de Fusión Nuclear para satisfacer la demanda energética

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN

UNIDAD EDUCATIVA “LA TRINIDAD”

TOCUYITO – EDO. CARABOBO

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Diseño de un reactor capaz de controlar la Termoreacción de Fusión Nuclear para satisfacer la demanda energética

Autor: Jesús L. Gómez S.

Tutor: Esther Delgado

Junio 2017

Introducción

     La fusión nuclear es un proceso alternativo al de la fisión para generación de energía nuclear que ocurre naturalmente en las estrellas entre núcleos de elementos livianos y constituye la principal fuente de energía estelar.  Por otro lado, durante muchos millones de años nuestro Sol, conjuntamente con muchas estrellas, ha estado irradiando energía continuamente en una enorme escala permitiendo que la existencia en la Tierra dependa de esta irradiación, aunque no se haya empezado a comprender el proceso de esta emisión hasta hace cierto tiempo. 

     Se comprobó hace mucho tiempo que las fuentes “químicas” de producción de energía no suministrarían la cantidad que se ha observado produce el Sol sino durante algunos milenios,  sin embargo, pudo demostrarse mediante una prueba geológica, que el Sol ha estado irradiando, con su actual potencia, durante millones de años, y de aquí que la energía tenga que producirse como consecuencia de un fenómeno que difiera fundamentalmente de las operaciones químicas con las que estamos familiarizados.

     Las especulaciones, acerca de la fuente de la energía del Sol se incrementaron a finales del siglo XIX, cuando el descubrimiento de la radioactividad condujo a la idea de que la energía “atómica”, podía ser, de algún modo, la base de la radiación solar.  

     Como resultado de la fusión del núcleo atómico de los elementos muy ligeros (principalmente del hidrógeno) a temperaturas muy altas.  Estas reacciones de fusión se denominan “reacciones termonucleares”, y hoy se admite que la gran proporción en que se producen explican las enormes cantidades de energía solar observadas.

            Sólo en los últimos veinte años hemos pensado seriamente en la posibilidad de alcanzar una fuente similar de energía en escala terrestre.  

     En el presente trabajo se describen los progresos realizados en tal sentido, las posibilidades previstas para el futuro, y otra serie de elementos relacionados con la fusión nuclear.

1.1 Planteamiento del problema

     Considerando que el hombre requiere gran cantidad de energía para cubrir sus necesidades de transporte, climatización, iluminación, producción industrial, servicios, etc. y esta cantidad de energía se va incrementando año tras año conforme aumenta el nivel de vida, el incremento de la demanda energética busca ser satisfecha con fuentes de costes económicos razonables, con recursos abundantes y limitados  efectos medioambientales.

     Hecha la observación anterior, se prevé que existirán en un futuro no muy    lejano estas fuentes de energía, con sus ventajas y desventajas:

• Los combustibles fósiles: carbón, petróleo, gas, son actualmente las principales fuentes por sus reducidos costos.
• Las energías renovables: Hidráulica, solar, eólica, geotérmica, etc., fuentes inagotables y con un limitado impacto ambiental.
• La energía nuclear de fisión, por las grandes reservas de combustible fisil, baja contaminación química y ausencia de gases de efecto invernadero.
• Y la fusión nuclear que aparece como una de las principales alternativas a la demanda energética

     En este sentido, la fusión nuclear es la fuente de energía anhelada,   una fuente de energía que podría abastecernos de manera más que suficiente, de forma completamente limpia. Sin embargo, a pesar de los avances en la ciencia, sigue sin ser posible realizar el proceso sin emplear más energía de la que se obtiene, lo que no la hace rentable. El proceso de fusión nuclear consiste en unir dos átomos (fusionar) para obtener un átomo de mayor tamaño (mayor número másico) liberando energía. El principal problema de este proceso es que tan sólo en condiciones muy extremas estos átomos permitirán que se aproximen lo suficiente.

     Para ilustrar esto, vemos como sucede por ejemplo en las estrellas, incluido el Sol, experimentan constantemente reacciones de fusión nuclear. La luz y el calor que percibimos de éste, es el resultado de dichas reacciones nucleares de fusión: núcleos de hidrógeno chocan entre sí y se fusionan dando lugar a un núcleo más pesado de helio liberando una enorme cantidad de energía. Esta energía liberada llega a la tierra en forma de radiación electromagnética.  Las fuerzas de gravedad en el universo generan las condiciones perfectas para la fusión nuclear.

      Cabe considerar, por otra parte que los seres humanos siempre han querido imitar este tipo de obtención de energía lo que ha llegado a ser un imposible debido a que la forma en que el sol obtiene o recrea esa fusión es mediante grandes fuerzas gravitacionales postuladas en la teoría de la relatividad general, “Mientras más grande sea su masa, mayor será su atracción gravitacional”. Gracias a esa atracción gravitacional, la masa del sol es comprimida lo que permite que los átomos lleguen calentarse y a comenzar a moverse en todas direcciones hasta que los electrones pierden sus núcleos y se convierten en un gas ionizado (plasma).

     En este plasma todas las partículas se movilizan velozmente y chocan unas contra otras hasta el punto de romper la fuerza nuclear fuerte que se encarga de mantener separados los núcleos de igual carga. Al romperse esta fuerza, los átomos logran fusionarse y liberan gran cantidad de energía mediante la cual se produce una explosión.

     Evidentemente, en la tierra no se pueden permitir esas explosiones ya que cada una de ellas es como la explosión de una gran bomba de hidrógeno. Por obvias razones lo seres humanos han recurrido a buscar una serie de tecnologías que puedan garantizar una fusión nuclear estable y segura dando como resultado la preciada energía que tanto buscamos.

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