Fusion Nuclear

Fusión nuclear

El ser humano desde el inicio de sus tiempos hasta la actualidad ha usado energía para abastecer sus necesidades básicas como lo son el transporte, iluminación, producción industrial, servicios de índole público entre otros, sin embargo la cantidad de energía demandada por la comunidad va incrementando año con año conforme aumenta el nivel de vida al igual que la población, causando afecciones al medio ambiente y al entorno que nos rodea. Por este motivo, con el paso del tiempo se ha intentado buscar diversas fuentes alternas de energía, para satisfacer la alta demanda de la misma a costos económicos razonables, a la vez que no afecte al medio ambiente, cambiando el tipo de energía que nos regía en el pasado, como las fuentes de carbono, una de estas fuentes alternas es la energía nuclear, a través de la fusión nuclear.

Podemos observar naturalmente reacciones de fusión nuclear en las estrellas como el Sol. Todo el calor y la luz que recibe el planeta es gracias a estas reacciones que ocurren constantemente en el núcleo. Los núcleos de hidrógeno chocan entre sí y después de fusionarse liberan una inmensa cantidad de energía, y esta llega al planeta en forma de energía electromagnética. Todo esto se debe a las fuerzas de gravedad del universo, ya que generan las condiciones perfectas para que se lleve a cabo en las estrellas, haciendo de esto un claro ejemplo del potencial al que podria ser encaminada esta fuente de energía alterna, mejorando la calidad de vida y del planeta.

En el presente trabajo se hablará del desarrollo que ha tenido la fusión nuclear a través de la historia, se definirá el término “Fusión Nuclear”, seguido de un recuento histórico entorno a su desarrollo por la sociedad desde su implementación, así como las diversas posturas en torno a su uso , tomando en cuenta las aportaciones que ha generado la sociedad, al mismo tiempo se mencionarán las ventajas y desventajas que este tipo de energía conlleva, de la misma manera se hará un énfasis en el uso de diferentes métodos para llevar a cabo esta forma alterna de energía de la manera más segura y potencial.

Antecedentes

Como se sabe la energía nuclear ya ha sido utilizada hace algunas décadas, en usos civiles, hasta en la guerra, desde reactores nucleares que brindan energía a toda una civilización hasta una bomba atómica capaz de destruir toda una ciudad, todo este tipo de reacciones conllevan al término de “fusión nuclear”, para entender este concepto de una mejor manera se dará una explicación histórica de cómo este término llegó a lo que es actualmente.

Los orígenes de la fusión nuclear se localizan hacia el siglo XIX desde que el científico inglés John Dalton empieza sus investigaciones sobre la materia, publicando el primer modelo atómico, además de este modelo en los siguientes años surgen distintos modelos en los cuales se encuentran los protones (Rutherford), los neutrones (Chadwin) y electrones (Thomson), siendo todo esto benefactor para que en 1934 el físico Italiano Enrico Fermi expusiera núcleos a los neutrones para así estudiar la radioactividad inducida, de esta manera se descubrio que muchos nucleos decaían por emision de onda, al intentar compensar el nucleo con el exceso de neutrones convitiendo un neutron en potrón, descubrimiento que ademas de ganarle un novel en 1938, abrió todo un camino al campo de la fusión nuclear, mientras tanto, Atkinson y Houtemans plantearon la posibilidad de obtener energía de las reacciones de fusión; los conceptos más importantes de fusión nuclear y su aplicación real, se desarrollaron a partir de 1942 con los trabajos de R. Oppenheimer y E. Teller, etc. A través del proyecto Sherwood se llevaron a cabo los primeros avances tecnológicos que permitieron desarrollar el concepto de confinamiento magnético.

Cabe mencionar que para hacer posible el entendimiento de las cantidades de energía liberada a través de las reacciones nucleares, el físico Albert Einstein hizo una aportación sin precedentes con la fórmula de energía, la cual describe la relación que existe entre el cuadrado de la masa por la constante de la velocidad de la luz. Así mismo, Frederick Soddy fue el primer físico en afirmar que los procesos de radiación, en este caso la fusión nuclear, eran capaces de ser controlados, permitiendo el acceso a una energía casi ilimitada y más accesible para los consumidores.

Despues de la segunda guerra mundial Estados Unidos logró producir electricidad por primera vez usando fusión nuclear por lo que se firmaron tratados para el uso de energía nuclear pacíficamente para evitar conflictos en el futuro. Pero no fue hasta 1954 cuando la URSS creó la primera central nuclear, del mismo modo, el Reino Unido se une en 1956 cuando también logra generar electricidad en la central Calder Hall. Así fue como partir de la década de los 60 ya habia más países que se sumaron a la utilización de energía nuclear y tan solo una década más tarde ya habia 90 reactores en 15 naciones.

Gran parte de este desarrollo se debió a la llamada crisis del petróleo, en la cual la mayoría de los países árabes embargaron las ventas del crudo frenando la producción ya que Estados Unidos ayudaba a Israel, país que estaba en guerra. Esto generó un golpe brutal para los países del occidente, creando desempleo, inflación de precios y desaceleración del país. Por esta razón, decidieron que no iban a depender de una fuente no renovable suministrada por países políticamente inestables, por lo que se aceleró el desarrollo de energía nuclear. Sin embargo esto también generó conflictos ya que surgieron los primeras asociaciones ecologistas por la creciente contaminación ambiental que esta generaba. En 1971 nace greenpeace para responder al creciente deterioro del ambiente. Uno de sus logros fue detener las pruebas nucleares que realizaba Estados Unidos en Alaska.

Pronto, dos grandes catástrofes ocurrieron catalizando la oposición a la energía nuclear: Mayak y Chernobyl, dando paso al interés por la investigación nuclear. Actualmente y después de una serie de accidentes catastróficos debido a la energía nuclear tenemos mas de 15 mil reactores en todo el mundo, sin embargo la fusión nuclear sigue en su etapa de investigación. Ocupa materiales más baratos y abundantes, pero lo más importante: no produce residuos radioactivos y crea más energía, por lo tanto, es más eficiente.

La fusión nuclear busca la producción de energía originada por la modificación en los núcleos atómicos de un elemento, al igual que la fisión, cabe resaltar la diferencia entre estos dos conceptos, la fisión nuclear consiste en la descomposición de un núcleo pesado en dos más ligeros, mientras que la fusión nuclear es la unión de esos dos núcleos ligeros en uno pesado. En este caso la energía se obtiene por la diferencia de masas entre los núcleos que se fusionan y el núcleo resultado de la fusión, con esta reacción la energía por unidad de masa se vuelve mayor que la de fisión de manera que con la misma cantidad de combustible se adquiere más energía, obteniendo mayor nivel energético por unidad de masa, sin producir daños al medio. De este modo, se han puesto grandes expectativas, tanto en creación de futuras fuentes alternas de energía, como en la mejora de las mismas.

Para entender a fondo como es el proceso de la fusión nuclear se deben aclarar bástos conceptos, primeramente como se sabe el átomo es formado por su núcleo y los electrones que lo rodean para que el átomo se mantenga estable, en el núcleo se encuentra los nucleidos, los protones y los neutrones, estos dos últimos estan unidos dentro del núcleo por una fuerza de enlace, ya que si no existiera esta fuerza de repulsión electromagnética entre los protones impediría la existencia de núcleos estables mayores que el hidrógeno.

Anteriormente se mencionó un claro ejemplo de la fusión nuclear que se daba en el Sol, sin embargo en condiciones normales no sucede por las fuertes repulsiones electrostáticas de los átomos de los elementos, ya que ambos mantienen una carga positiva, ahora bien para poder unir dos núcleos ligeros y convertirlos en un pesado para así hacer la fusión nuclear, se debe tener en cada núcleo una elevada cantidad de energía para que estos puedan superar la barrera de potencial por medio del efecto túnel.

En la siguiente imagen se explica de manera detallada el efecto túnel, en nuestra vida cotidiana nos encontramos con diversas situaciones con las cuales entendemos que existen barreras energéticas que no podemos superar, en donde nos explica que si un objeto tiene la energía suficiente para poder superar esta barra de energía potencial lo conseguirá, en cambio si dicho objeto no la tiene éste quedará del otro lado solo rebotando con la barrera, sin embargo nos enfocaremos en la física cuántica debido a que los átomos forman parte de ella, sabiendo que las partículas cuánticas se comportan como funciones de onda y estas se encuentran ante una barrera potencial de energía, las partículas no necesitan una energía superior para pasar la barrera, debido a que al comportarse como onda tiene una pequeña probabilidad de poder pasar, el secreto esta en que cuando la onda se encuentra con la barrera esta se parte en dos: parte reflejada aquella que choca y se queda en el mismo lugar y la parte transmitida es aquella que logra pasar la barrera.

Para que se llegue a provocar este efecto de túnel se necesitan de dos factores muy importantes, el más importante es que la barrera de energía no sea muy gruesa, ya que si lo fuera la onda tardaría

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