Fusin nuclearLa fusin nuclear es una reaccin nuclear en la que dos ncleos detomosligeros, en general el hidrgeno y susistopos(deuterio y tritio), se unen para formar otro ncleo ms pesado. Generalmente esta unin va acompaada con la emisin de partculas (en el caso de ncleos atmicos de deuterio se emite unneutrn). Esta reaccin de fusin nuclear libera o absorbe una gran cantidad de energa en forma de rayos gamma y tambin deenerga cinticade las partculas emitidas. Esta gran cantidad de energa permite a la materia entrar en estado de plasma.

Las reacciones de fusin nuclear pueden emitir o absorber energa. Si los ncleos que se van a fusionar tienen menor masa que el hierro se libera energa. Por el contrario, si los ncleos atmicos que se fusionan son ms pesados que el hierro la reaccin nuclear absorbe energa.No confundir la fusin nuclear con la fusin del ncleo de un reactor, que se refiere a lafusin del ncleodel reactor de una central nuclear debido al sobrecalentamiento producido por la deficiente refrigeracin. Durante elaccidente nuclear de Fukushima, en los medios de comunicacin se utilizaba esta expresin frecuentemente.Fusin nuclear en la naturaleza

Las estrellas, incluido el Sol, experimentan constantemente reacciones de fusin nuclear. La luz y el calor que percibimos del Sol es el resultado de estas reacciones nucleares de fusin: ncleos de hidrgeno chocan entre s, y se fusionan dando lugar a un ncleo ms pesado de helio liberando una enorme cantidad de energa. La energa liberada llega a la Tierra en forma de radiacin electromagntica.Las fuerzas de gravedad en el universo generan las condiciones perfectas para la fusin nuclear.A las reacciones de fusin nuclear tambin se les llama reacciones termonucleares debido a las altas temperaturas que experimentan. En el interior del Sol, la temperatura es cercana a los 15 millones de grados Celsius.Requisitos tcnicos para la fusin nuclearPara efectuar las reacciones de fusin nuclear, se deben cumplir los siguientes requisitos: Conseguir una temperatura muy elevada para separar los electrones del ncleo y que ste se aproxime a otro venciendo las fuerzas de repulsin electrostticas. La masa gaseosa compuesta por loselectroneslibres y lostomosaltamente ionizados se denomina plasma. Es necesario el confinamiento para mantener el plasma a temperatura elevada durante un mnimo de tiempo. Densidad del plasma suficiente para que los ncleos estn cerca unos de otros y puedan generar reacciones de fusin nuclear.Confinamiento para la fusin nuclearLos confinamientos convencionales que se utilizan en losreactores nuclearesde fisin no son posibles debido a las altas temperaturas del plasma que deben soportar. Por este motivo, se han desarrollado dos importantes mtodos de confinamiento: Fusin nuclear por confinamiento inercial (FCI): Consiste en crear un medio tan denso que las partculas no tengan casi ninguna posibilidad de escapar sin chocar entre s. Una pequea esfera compuesta por deuterio y tritio es impactada por un haz de lser, provocndose su implosin. As, se hace cientos de veces ms densa y explosiona bajo los efectos de la reaccin de fusin nuclear. Fusin nuclear por confinamiento magntico (FCM): Las partculas elctricamente cargadas del plasma son atrapadas en un espacio reducido por la accin de un campo magntico. El dispositivo ms desarrollado tiene forma toroidal y se denomina Tokamak.Reacciones de fusin nuclearLos elementos atmicos empleados normalmente en las reacciones fusin nuclear son el Hidrgeno y susistopos: el Deuterio (D) y el Tritio (T). Las reacciones de fusin ms importantes son:D + T ->4He + n + 17,6 MeVFusionando un ncleo de Deuterio con un ncleo de Tritio, se obtinene un ncleo de Helio formado por dos neutrones y dos protones, liberanto 1neutrny 17,6 MeV de energa.D + D ->3He + n + 3,2 MeVFusionando dos ncleos de Deuterio, se obtiene un ncleo de Helio formado por un neutrn y dos protones, liberando unneutrny 3,2 MeV de energa.D + D --> T + p + 4,03 MeVFusionando dos ncleos de Deuterio, se obtiene un ncleo de Tritio, unprotny 4,03 MeV de energa.Para que tengan lugar estas reacciones debe suministrarse a los ncleos laenerga cinticanecesaria para que se aproximen los ncleos que se van a fusionar, venciendo as las fuerzas de repulsin electrostticas. Para ello se necesita calentar el gas hasta temperaturas muy elevadas, como las que se supone que tienen lugar en el centro de las estrellas.El requisito de cualquier reactor de fusin nuclear es confinar dicho plasma con la temperatura y densidad lo bastante elevadas y durante el tiempo justo, a fin de permitir que ocurran suficientes reacciones de fusin nuclear, evitando que se escapen las partculas, para obtener una ganancia neta de energa. Esta ganancia energtica depende de que la energa necesaria para calentar y confinar el plasma, sea menor que la energa liberada por las reacciones de fusin nuclear. En principio, por cada miligramo de deuterio-tritio se pueden obtener 335 MJ.Combustible utilizado para las reacciones de fusin nuclearPara las reacciones de fusin nuclear se necesitan ncleos ligeros. Bsicamente se utilizan Deuterio y Tritio, que son dosistoposdel hidrgeno.El Deuterio es unistopoestable del hidrgeno formado por unprotny unneutrn. Su abundancia en el agua es de untomopor cada 6.500tomosde hidrgeno. Esto supone que en el agua de mar hay una concentracin de 34 gramos de deuterio por metro cbico de agua. El contenido energtico del deuterio es tan elevado que la energa que se puede obtener del deuterio de un litro de agua de mar es equivalente a la energa que se puede obtener de 250 litros de petrleo.Por este motivo, teniendo en cuenta, que tres cuartas partes del Planeta estn cubiertas por agua, se considera la fusin nuclear cmo una fuente de energa inagotable.El otro elemento empleado en la fusin nuclear, el Tritio, es elistopoinestable o radiactivo deltomode hidrgeno. Est compuesto por unprotny dos neutrones y se desintegra por emisin beta con relativa rapidez. Aunque el Tritio es escaso en la naturaleza, se puede generar por reacciones de captura neutrnica con losistoposdel Litio. El Litio es un material abundante en la corteza terrestre y en el agua del mar.Evolucin histrica y proyectos futuros sobre la fusin nuclearLos orgenes de la fusin nuclear se localizan hacia 1929 cuando Atkinson y Houtemans plantearon la posibilidad de obtener energa de las reacciones de fusin nuclear. Sin embargo, los conceptos ms importantes de fusin nuclear y su aplicacin real, se desarrollaron a partir de 1942 con los trabajos de H. Bethe, E. Fermi, R. Oppenheimer y E. Teller, entre otros. A travs del proyecto Sherwood se llevaron a cabo los primeros avances tecnolgicos, que permitieron desarrollar el concepto de confinamiento magntico, obtenindose los primeros diseos: z-pinch, stellarator y espejos magnticos.En 1961, J. Nuckolls (EEUU) y N. Basov (URSS) desarrollaron una tcnica mediante la cual se podran obtener reacciones de fusin nuclear mediante altas compresiones provocadas por la cesin de energa. Se desarrollaron as programas secretos en EEUU y Rusia. Posteriormente, Francia se une a este desarrollo, tambin secreto. Otros pases como Alemania, Japn, Italia y EEUU (Rochester) desarrollaron programas abiertos.En 1965, Artsimovich present los resultados de sus investigaciones, en la 2 Conferencia de Plasma y Fusin Controlada, sobre el concepto TOKAMAK (Toroidal KAmera MAgnetiK).

En el concepto TOKAMAK, el campo magntico necesario para confinar el plasma es el resultado de la combinacin de un campo toroidal, de un campo poloidal, ambos creados por bobinas toroidales, y de un campo vertical (creado por un transformador). El plasma acta como secundario de un transformador por donde se induce corriente que lo calienta. Por el primario del transformador circula una intensidad de corriente variable.En 1968, el Premio Nobel N. Basov, inform de la obtencin de temperaturas de ignicin y de la produccin de neutrones en las reacciones de fusin nuclear empleando lseres. A partir de entonces, se pudo disponer de una gran cantidad de aparatos en construccin y operacin bajo el concepto TOKAMAK como los siguientes: TFR (Francia), T-4 y T-11 (URSS), ALCATOR y ORMAK (EEUU). Otros como el T-10 (URSS), PLT (EEUU), DITE (GB), ASEDX (RFA) y FRASCATI (EURATOM-Italia) comenzaron a construirse.En la dcada de los 70 comenz a producirse la primera serie de publicaciones sobre FCI (Fusin nuclear por Confinamiento Inercial). En EEUU, los principales investigadores fueron Brueckner, Nuckolls, Kidder y Clark. En Rusia, Basov y su equipo consiguieron el experimento ms avanzado, alcanzndose cerca de 3 millones de neutrones en la implosin de esferas de CD2.Basados en este concepto existen y han existido multitud de instalaciones con lser que han permitido avanzadas investigaciones sobre la fusin nuclear. De ellas se pueden destacar: NOVA (40 kJ, EUUU), OMEGA (30 kJ), GEKKO-XII (10 kJ, Japn), PHEBUS (3 kJ, Francia), VOLCAN (UK), ISKRA-5 (Rusia).A partir de estas instalaciones de lser se han desarrollado dos grandes proyectos para demostrar altas ganancias: National Ignition Facility (NIF) en EEUU y Laser Megajoule (LMJ) en Francia.Pero el lser no es el nico dispositivo capaz de producir implosiones, tambin se observa queelectronesy haces de iones ligeros y pesados son serios candidatos a la fusin nuclear por confinamiento inercial. Nacen as los siguientes proyectos con iones ligeros: ANGARA y PROTO (Rusia), PBFA-I y PBFA-II (EEUU).En relacin con los iones pesados, al no existir experimentos no se han podido alcanzar resultados exactos, aunque se han realizado ciertas predicciones mediante simulaciones tericas como las realizadas en el Proyecto HIDIF (Heavy Ion Design of Ignition Facility) patrocinado por varios laboratorios e institutos europeos y por el Lawrence Berkeley Laboratory americano.En la dcada de los 90, las instalaciones de tipo TOKAMAK: JET (EURATOM), TFTR (EEUU) y JT-60 (Japn), permitieron obtener cierta potencia. El primero fue el JET, que con una mezcla de D (90%) y T (10%) consigui en 1991, una potencia de 1,7 MW. Posteriormente, en 1993, el TFTR con una mezcla de DT al 50% lleg hasta los 6 MW, alcanzndose temperaturas de 30 keV. En el calentamiento se gastaron 29 MW. En la actualidad, el TFTR est clausurado. Hasta la fecha, se han llegado a producir hasta 12 MW de potencia en reacciones de fusin nuclear controladas durante ms de un segundo (JET, 1997) y existe la confianza de que con los avances tecnolgicos actuales sea posible llegar al rango comercial de cientos de MW de forma mantenida.La investigacin experimental en FCM (Fusin nuclear por Confinamiento Magntico) en Espaa ha estado concentrada en el CIEMAT (Centro de Investigaciones Energticas, Medioambientales y Tecnolgicas), remontndose a 1983, ao en el que se pone en funcionamiento la primera mquina de fusin nuclear, el Tokamak TJ-I.Desde este instante, la investigacin ha progresado de manera constante, y as, en 1994 se puso en marcha el primer dispositivo de fusin nuclear construido totalmente en Espaa: el Stellerator TJ-I upgrade, que fue cedido en 1999 a la Universidad de Kiel al entrar en operacin el TJ-II.El TJ-II supuso un gran salto cientfico con respecto a los experimentos anteriores considerndose uno de los tres stellerators ms avanzados del mundo junto con el alemn Wendelstein 7-AS del Instituto Max Planck en Munich y el japons LHD de la Universidad de Nagoya.El proyecto de fusin nuclear por confinamiento magntico: el ITEREl proyecto ms avanzado en Fusin nuclear por Confinamiento Magntico es elITER(International Thermonuclear Experimental Reactor), prototipo basado en el concepto Tokamak, y en el que se espera alcanzar la ignicin. Ante los buenos resultados obtenidos en el JET, en 1990 se decidi continuar el programa de fusin con una instalacin mayor en la que adems del reactor, pudieran probarse sus sistemas auxiliares sin generar an electricidad. En este proyecto participan la Unin Europea, Canad, EEUU, Japn y Rusia.

Imagen futurista del proyecto de investigacin de la fusin nuclear ITEREl objetivo es determinar la viabilidad tcnica y econmica de la fusin nuclear por confinamiento magntico para la generacin deenerga elctrica, como fase previa a la construccin de una instalacin de demostracin comercial.ITER es un proyecto tecnolgico cuya construccin se estima necesitar 10 aos y al menos 20 de investigacin. Entre las tecnologas empleadas para su construccin y posterior funcionamiento y mantenimiento destacan la robtica, superconductividad, microondas, aceleradores y los sistemas de control.En la mquinaITERno se producirenerga elctrica, se probaran las soluciones a los problemas que necesitan ser resueltos para hacer viables los futuros reactores de fusin nuclear. Este ambicioso proyecto de investigacin dar sus primeros resultados a partir de 2050.Las inversiones realizadas para su construccin se estiman en cerca de 5.000 millones de euros. Los costes de funcionamiento alcanzarn los 5.300 millones de euros y los de desmantelamiento ascienden a 430 millones de euros. El pas donde se instala (Francia) debe correr con los costes de preparacin del terreno y de construccin del edificio.Emplazamiento del ITEREn un principio, los tres emplazamientos que se disputaban el proyecto eran: Europa (Francia y Espaa), Canad y Japn.El Gobierno Canadiense mostr inters por albergar el proyecto en Darlington cerca de Toronto, Japn present su candidatura en Rokkaishomura, Francia ofreci su centro nuclear de Cadarache y Espaa propuso su emplazamiento en Vandells I, despus del positivo estudio de viabilidad coordinado por el CIEMAT y realizado por diferentes institutos de investigacin e industrias, entre las que destaca IBERTEF (consorcio formado por EmpresariosAgrupados y SENER).Despus de un complejo proceso de evaluacin tecnolgica, a finales de 2003 la Comisin Europea decidi presentar como candidatura europea la francesa de Cadarache frente a la espaola de Vandells.Finalmente la candidatura ganadora fue la del sur de Francia que es donde se est construyendo en la actualidad.

Emplazamiento delITER- fusin nuclear

Referencias ITER.org - What is fusion? foronuclear - La Fusin Nuclear

http://energia-nuclear.net/que-es-la-energia-nuclear/fusion-nuclear