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¿Cuánto y durante cuánto tiempo hay que calentar el hidrógeno para mantener una reacción de fusión?

Contenido: 67 - Cien preguntas básicas sobre la ciencia respondidas por Isaac Asimov

Cien preguntas básicas sobre la ciencia

• Responde: Isaac Asimov

¿Cuánto y durante cuánto tiempo hay que calentar el hidrógeno para mantener una reacción de fusión?

Al calentar el hidrógeno a temperaturas cada vez más altas, pierde energía por radiación a una velocidad cada vez mayor, Si la temperatura sigue aumentando, los átomos de hidrógeno pierden sus electrones, dejando que los núcleos desnudos choquen unos contra otros y se fundan. Esta fusión produce energía, Si la temperatura sigue subiendo, la cantidad de energía producida por fusión es cada vez mayor.

La cantidad de energía producida por la fusión aumenta más deprisa con la temperatura que la pérdida de energía por radiación. Al alcanzar cierta temperatura crítica, la energía producida por la fusión llega a ser igual a la perdida por radiación. En ese momento la temperatura se estabiliza y la reacción de fusión se automantiene. Con tal de suministrar hidrógeno al sistema, éste producirá energía a un ritmo constante.

La temperatura requerida varía con el tipo de hidrógeno. El tipo más común es el hidrógeno (H) con un núcleo compuesto por un solo protón. Después está el hidrógeno pesado, o deuterio (D), con un núcleo compuesto por un protón y un neutrón, y el hidrógeno radiactivo, o tritio (T), con un núcleo de un protón y dos neutrones.

La cantidad de energía producida por fusión nuclear a una temperatura dada con D es mayor que con H y menor que con T.

Las fusiones con H producen tan poca energía que haría falta una temperatura de más de mil millones de grados para mantener la reacción en el laboratorio. Es cierto que lo que se funde en el centro del Sol, donde la temperatura alcanza sólo los 15.000.000 de grados, es H, pero a una temperatura tan baja sólo se funde una proporción diminuta del hidrógeno. Sin embargo, la cantidad de H que hay en el Sol es tan ingente que aun esa diminuta proporción basta para mantener la radiación solar.

La fusión que menos temperatura requiere para iniciarse es la de T: basta unos cuantos millones de grados. Desgraciadamente el tritio es inestable y apenas se da en la naturaleza. Habría que formarlo en el laboratorio casi por encargo, y aun así sería imposible mantener a base de tritio la cantidad de reacciones de fusión que necesita la Tierra.

La fusión del deuterio tiene una temperatura de ignición de 400.000.000° C. El deuterio es estable pero raro; sólo un átomo de cada 6.700 es de deuterio. Pero tampoco exageremos. En un litro de agua ordinaria hay suficiente deuterio para producir por fusión una energía equivalente a la combustión de 67 litros de gasolina.

Un modo de alcanzar la temperatura necesaria es mediante la adición de algo de tritio para que actúe de detonador. La fusión de deuterio con tritio puede iniciarse a los 45.000.000° C. Si se logra prender un poco de la mezcla, el resto se calentaría lo suficiente para que el deuterio pudiese arder él solo.

El tiempo que hay que mantener la temperatura depende de la densidad del hidrógeno. Cuantos más átomos por centímetro cúbico, tantas más colisiones y más rápida la ignición. Si hay 1015 átomos por centímetro cúbico (una diezmilésima del número de moléculas por centímetro cúbico del aire normal), la temperatura habría que mantenerla durante dos segundos.

Claro está que cuanto mayor es la densidad y más alta la temperatura, tanto más difícil es mantener el deuterio en su sitio, incluso durante ese tiempo tan breve. Los sistemas de fusión han ido avanzando poco a poco durante todos estos años, pero aún no se han conseguido las condiciones para la ignición.

Envió: Paco Beruga

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