19.17: Fusión nuclear

Además de la fisión, un segundo método posible para obtener energía a partir de reacciones nucleares radica en la fusión de dos núcleos ligeros para formar un núcleo más pesado. Como vemos al discutir la Figura 1 de las relaciones masa-energía, tal proceso da como resultado nucleones que están más firmemente unidos entre sí y, por lo tanto, son más bajos en energía potencial. Esto es particularmente cierto si\({}_{\text{2}}^{\text{4}}\text{He}\) se forma, porque este núcleo es muy estable. Tal reacción ocurre entre los núcleos de los dos isótopos pesados de hidrógeno, deuterio y tritio:

\[{}_{\text{1}}^{\text{2}}\text{D + }{}_{\text{1}}^{\text{3}}\text{T }\to \text{ }{}_{\text{2}}^{\text{4}}\text{He + }{}_{\text{0}}^{\text{1}}n \label{1} \]

Para esta reacción, Δ m = — 0.018 88 g mol ^—1 de manera que Δ H _m = — 1700 GJ mol ^—1. Aunque cantidades muy grandes de energía son liberadas por una reacción como la Ecuación\(\ref{1}\), tal reacción es muy difícil de lograr en la práctica. Esto se debe a la muy alta energía de activación, alrededor de 30 GJ mol ^—1, que debe superarse para acercar los núcleos lo suficiente como para fusionarse. Esta barrera es creada por la repulsión coulómbica entre los núcleos cargados positivamente. El único lugar donde los científicos han logrado producir reacciones de fusión a gran escala es en una bomba de hidrógeno. Aquí, la energía de activación necesaria se logra explotando una bomba de fisión para calentar los reactivos a una temperatura de aproximadamente 10 ⁸ K. Los intentos de llevar a cabo la fusión de una manera más controlada han tenido un éxito limitado. A las temperaturas muy altas requeridas, todas las moléculas se disocian y la mayoría de los átomos se ionizan. Se forma un nuevo estado de la materia llamado plasma. No es sólido, líquido, ni gas. El plasma se comporta de manera muy similar al solvente universal de los alquimistas al convertir en vapor cualquier material sólido que entre en contacto.

Actualmente se están explorando dos técnicas para producir una reacción de fusión controlada. El primero es restringir el plasma por medio de un fuerte campo magnético, en lugar de las paredes de un contenedor. Esto ha tenido cierto éxito, pero aún no ha podido contener un plasma el tiempo suficiente para que se obtenga energía utilizable. La segunda técnica consiste en la compresión y calentamiento repentinos de pellets de deuterio y tritio por medio de un rayo láser fuertemente enfocado. Nuevamente, sólo se ha obtenido un éxito limitado.

Aunque estos intentos de una reacción de fusión controlada han sido hasta ahora solo parcialmente exitosos, vale la pena perseguirlos. Debido a la disponibilidad mucho más lista de isótopos más ligeros necesarios para la fusión, a diferencia de los isótopos más pesados mucho más raros requeridos para la fisión, la fusión nuclear controlada ofrecería a la raza humana un suministro esencialmente ilimitado de energía. Seguirían existiendo algunas dificultades ambientales con la producción de isótopos como el tritio, pero éstas no estarían ni cerca de la gravedad del problema causado por la producción de la infusión de brujas de isótopos radiactivos en un reactor de fisión. Hay que confesar, sin embargo, que al ritmo actual de avance, la perspectiva de una energía limpia ilimitada a partir de la fusión parece poco probable en la próxima década o dos.