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  INTERNACIONALES  7 de enero de 2018
Energía por fusión nuclear
Hace poco, la prensa china anunció que el gobierno de su país aprobó la construcción de una central nuclear por fusión. La noticia no tuvo gran transcendencia; pero se refiere a un procedimiento hasta ahora imposible que podría cambiar radicalmente el panorama energético y hacer de la energía atómica una fuente limpia de electricidad

La fusión nuclear de hidrógeno en helio, la reacción por la que el sol produce energía desde hace miles de millones de años, no genera radiactividad a diferencia de la fisión que usan las centrales atómicas actuales, que  han provocado catástrofes como la de Chernobyl en Ucrania o de Fukushima en Japón.

Es posible que los que tienen la llave del petróleo tengan ya la llave de cualquier energía futura que lo reemplace. La idea de energía gratis para todos fracasó hace un siglo a pesar de ser técnicamente viable porque Nikola Tesla no previó la mediación del poder financiero.

“Nadie llega al Padre sino por Mi”. Esas palabras atribuidas a Jesús fueron la llave que usó el clero para esclavizar a la gente. “Nadie llega a la energía sino por nosotros”, dice el poder financiero repitiendo aquella matriz. Esa es la llave de la esclavitud actual.

Energía por fusión nuclear.

Energía por fusión nuclear.

La prensa de la China aclara que es un proyecto en fase experimental, pero la decisión de construir la central  fue tomada el 6 de diciembre pasado.

Un grupo de especialistas y científicos llevan a cabo el proyecto, que se inició en 2013. De concretarse, ofrecerá un suministro eléctrico casi ilimitado. Actualmente tres ciudades se disputan ser la sede de la construcción de la central nuclear: Shanghai, Hefei y Sichuán. Se estima que  la instalación estará lista para  2035.

“Este proyecto atraerá el talento científico de otras ciudades de China y del mundo entero”, porque “podría convertir a la ciudad que se elija en uno de los centros de innovación más dinámicos del mundo”, declaró a la prensa Tang Jun, especialista en fusión del Instituto de Ciencia y Tecnología Nuclear de la Universidad de Sichuán.

Fusión Nuclear

La nueva planta funcionará calentando hidrógeno a una temperatura mucho mayor que la del núcleo del sol (hasta ahora se estimaba que la temperatura necesaria para producir fusión nuclear en la Tierra, imitando al sol, era de más de 100 millones de grados centígrados).

La fusión genera una gran cantidad de energía. Consiste en la unión de los átomos de deuterio y tritio para formar helio. El deuterio y el tritio son dos variantes (isótopos) del hidrógeno, que tienen un protón  y un neutrón en el núcleo (el deuterio) y un protón y dos neutrones (el tritio). El hidrógeno común, el elemento químico más abundante y liviano del  Universo, tiene un protón en el  núcleo, sin neutrones, y un electrón girando a su  alrededor.

Los que defienden esta técnica de producción de energía aseguran que podría solucionar los problemas energéticos venideros para la humanidad, ya que el hidrógeno es abundante en el  agua de los océanos. (La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno  y uno de oxígeno). Sin embargo, como el agua es una de las sustancias más estables, la energía necesaria para separarla en sus componentes es muy grande, lo que para la industria es un inconveniente.

Al contrario de las centrales nucleares actuales, que utilizan uranio para el proceso de fisión nuclear, las centrales de fusión no producirían ningún tipo de residuo radioactivo, lo que constituye una ventaja decisiva sobre la tecnología nuclear actual.

La teoría

Salvo alguna novedad espectacular, el petróleo se agotará y la vuelta al carbón lo agotará también.  A pesar de sus  peligros y del rechazo generalizado, la fuente de energía disponible que permitiría reemplazarlo es la nuclear,  ya que las demás están en pañales todavía en cuanto a la capacidad de generación.

Se procura   un reactor que haga posible la fusión del deuterio (²H) y el tritio (³H), ambos isótopos del hidrógeno, una reacción que generaría gran cantidad de energía, helio y un  neutrón. (El helio lleva el nombre griego del Sol, Helios, porque fue descubierto en él por los astrónomos, que no lo conocían en la Tierra).

Para obtener la cantidad de energía que producen por esta vía cinco gramos de deuterio y tritio  se necesita casi una tonelada de carbón.

En la Tierra existe suficiente deuterio (en el agua pesada)   para abastecer durante miles de años los reactores de fusión nuclear; pero casi no hay tritio, por lo que se debería producir artificialmente.

Para conseguir la fusión es necesario vencer las fuerzas  que separan entre sí  las partículas de los núcleos de los átomos, fuerzas mucho más grandes que cualquier otra conocida por nuestra experiencia. Es necesario dotar a los átomos que se quiere fusionar de una gran energía cinética (de movimiento), que en el Sol producen las grandes temperaturas y presiones inalcanzables en la Tierra.

En el centro del sol la energía se libera mediante la unión de átomos de hidrógeno para formar helio. Allí  las temperaturas son de 15 millones de grados,  pero en la Tierra se necesita mucho  más  debido a que no hay presiones comparables a las del centro del sol.

La reacción de fusión de núcleos de deuterio y tritio, dos isótopos de hidrogeno, produce un núcleo de helio y un neutrón. La formación del helio requiere la cuarta parte de la energía total de la reacción. El neutrón se lleva los tres cuartos restantes.

Para que la reacción no cese, para que la generación sea constante como se requiere en una usina que transforma el calor producido por la fusión en  electricidad, parte de la energía debe quedar en la materia que reacciona en estado de plasma, a temperaturas elevadísimas.

La reacción en el laboratorio y en breve en las usinas de fusión se debe dar entre deuterio  y tritio  y no entre átomos de hidrógeno comunes, porque se produce a  temperaturas más bajas.

La codicia de litio

Se  ha propuesto usar sales de un metal liviano llamado litio, que cuando es irradiado con neutrones genera una reacción de fisión nuclear en la que se produce tritio  y helio.

El litio ha llamado la atención por ahora para fabricar pilas para computadoras  y celulares y más recientemente para autos eléctricos, pero en breve también para la fusión nuclear.

A pesar de su aspecto inocente, el “proyecto Belgrano” del gobierno argentino actual no es ajeno a las necesidades de litio de las multinacionales, porque es un metal presente en las salinas del norte  y en Bolivia, donde el gobierno intenta explotarlo sin “ayuda” multinacional. Por lo pronto, las salinas bolivianas han sido elegidas para filmar en ellas películas norteamericanas…

 

Los problemas de la fusión

El reactor de fusión produciría tritio a partir del litio pero no  desechos radioactivos.

El problema es cómo contener el reactor en que se produciría una reacción solar en  la  Tierra. Cuando sale el sol cada mañana y la luz inunda el mundo, tenemos sin saberlo una monumental reacción nuclear  ante nuestra vista. No  había cómo trasladarla a la tierra y domesticarla para usar su energía, pero el anuncio chino cambia esta perspectiva.

Los reactores nucleares, como los de Atucha, los franceses, japoneses, rusos y norteamericanos, son de fisión. Utilizan elementos pesados como el uranio, naturalmente radiactivos. Al fisionarse (romperse) sus átomos se producen grandes cantidades de desechos radiactivos, entre ellos metales pesados como el plutonio que no se sabe cómo tratar y que son sepultados en sarcófagos de cemento.

Pero un reactor de fusión no rompería los átomos sino que los uniría sin  producir residuos peligrosos.  Un  reactor de fusión nuclear de tres mil megavatios necesitará 500 gramos de tritio por hora.

El estrangulamiento energético que llevó a pactar en condiciones humillantes con Chevron, la ex Standard Oil, también impulsó un plan de extensión de la energía nuclear en la Argentina. Pero se trata de centrales de fisión, con todos los inconvenientes conocidos.

Fisión

La fisión nuclear es  una reacción en la cual un núcleo pesado, como el de uranio,  al ser bombardeado con neutrones, se convierte en inestable y se descompone en dos núcleos, cuyas masas son del mismo orden de magnitud, y cuya suma es ligeramente inferior a la masa del núcleo pesado, lo que origina un gran desprendimiento de energía y la emisión de dos o tres neutrones.

Estos neutrones, a su vez, pueden ocasionar más fisiones al interaccionar con otros núcleos fisionables que emitirán nuevos neutrones, y así sucesivamente. Este efecto multiplicador se conoce con el nombre de reacción en cadena. En una pequeña fracción de tiempo, los núcleos fisionados liberan una energía un millón de veces mayor que la obtenida, por ejemplo, en la reacción de combustión de un combustible fósil.

Si se logra que solo uno de los neutrones liberados produzca una fisión posterior, el número de fisiones que tienen lugar por unidad de tiempo es constante y la reacción está controlada.

Fusión

La fusión nuclear es una reacción en la que dos núcleos muy ligeros se unen para formar un núcleo estable más pesado, con una masa ligeramente inferior a la suma de las masas de los núcleos iniciales. Este defecto de masa da lugar -según la ecuación que iguala la energía emitida con la merma de masa multiplicada por el cuadrado de  la velocidad de la luz-  a un gran desprendimiento de energía. La energía producida por el Sol tiene este origen.

Para que tenga lugar la fusión, los núcleos  de  hidrógeno cargados positivamente -protones- deben aproximarse venciendo las fuerzas electrostáticas de repulsión. En la Tierra, donde no se puede alcanzar la gran presión que existe en el interior del Sol, la energía necesaria para que los núcleos que reaccionan venzan las interacciones se puede suministrar en forma de energía térmica o utilizando un acelerador de partículas.

Una reacción típica de fusión nuclear consiste en la combinación de dos isótopos del hidrógeno, deuterio y tritio, para formar un átomo de helio más un neutrón.

En el interior del Sol, los átomos de hidrógeno, sometidos a enormes presiones gravitatorias, colisionan entre sí y se fusionan a temperaturas muy elevadas (en torno a 15 millones Cº). Cada segundo se fusionan 600 millones de toneladas de hidrógeno, formando helio. En toda su  historia de  miles de millones de años, el sol ha perdido por esta vía una masa equivalente a la del planeta Saturno.

En a Tierra, la fusión nuclear sería un recurso energético potencial a gran escala, que puede ser muy útil para cubrir el esperado aumento de demanda de energía a nivel mundial en este siglo. Tiene grandes ventajas respecto a otros tipos de recursos.

Los combustibles primarios son baratos, abundantes, no radioactivos y repartidos geográficamente de manera uniforme (el agua de los lagos y los océanos contiene hidrógeno pesado suficiente para millones de años, al ritmo actual de consumo de energía).

El  reactor de fusión sólo contiene el combustible para los diez segundos siguientes de operación. Además el medio ambiente no sufre ninguna agresión: no hay contaminación atmosférica que provoque la “lluvia ácida” o el “efecto invernadero”.

La radiactividad de la estructura del reactor, producida por los neutrones emitidos en las reacciones de fusión, puede ser minimizada escogiendo cuidadosamente los materiales.

Otro camino de la fusión

Un viejo amigo de  Paraná, Carlos Alberto Godoy, que une su tarea de constructor con una firme vocación política y social a favor de los desposeídos, una notable formación y una gran curiosidad intelectual, nos hizo notar que hay otra forma de llegar del hidrógeno al helio en la fusión, y nos invitó a mirar la luna imitando a los chinos.

No se trata de poner cuatro protones -núcleos de hidrógeno- juntos para tener un núcleo de helio y energía de regalo.  Hay de por medio una compleja reacción en cadena donde interviene un isótopo del helio, que tiene un solo neutrón en el núcleo en lugar de dos como el  helio común. Es el 3helio, que parece abundar en la luna donde la falta de atmósfera hizo que se uniera a las rocas como no acontece en la Tierra, donde solo existe en cantidades muy pequeñas.

Si fuera posible traerlo de la luna, considerando que las cantidades involucradas en las reacciones nucleares son pequeñas, a pesar de las enormes dificultades y los grandes costos, la   ecuación económica sería favorable.  Y parece que los chinos están dispuestos a hacer el esfuerzo y lograr en pocos años lo que de otro modo requeriría siglos.

En la reacción en el sol dos núcleos de hidrógeno forman un diprotón, un “protón doble” muy inestable que deriva en 2helio de forma transitoria, porque en un tiempo casi infinitamente  breve aparece el deuterio,  un núcleo de hidrógeno que contiene un protón  y un neutrón, presente en el “agua pesada”

En el sol el diprotón se divide en dos protones pero a veces se produce un deuterón, o hidrógeno 2

Este deuterón, inestable, se combina con otro núcleo de hidrógeno para crear el helio3, reacción muy energética  y rápida.

El helio 3 puede unirse con otro núcleo similar para dar un helio 4, perfectamente estable,  y dos núcleos de hidrógeno.

Pero el helio 3 puede unirse con  un helio 4  ya presente  y producir otro elemento, llamado berilio, que se descompone en litio, que finalmente termina generando dos núcleos de helio 4

Hay entonces varios caminos que llevan del  hidrogeno al helio  y a la generación de energía por fusión:

-Dos protones  se fusionan, produciendo deuterio (hidrógeno-2) y otras partículas y liberando  energía.

-El deuterio (hidrógeno-2) y un protón (hidrógeno-1) se fusionan produciendo helio-3 y energía.

-Dos núcleos de helio-3 se fusionan, produciendo helio-4, dos núcleos de hidrógeno y  energía.

-Y el helio-3 se fusiona con helio-4, produciendo berilio-7, que se desintegra y luego se fusiona con otro protón  para producir dos núcleos de helio-4 más energía.

La presencia del helio 3 como intermediario en todas estas reacciones nucleares, y al ahorro de energía que implicaría disponer de él en lugar de generar el deuterio y sobre todo el tritio  usando litio, es lo que nos hace mirar la luna como fuente de helio3  y no por  romanticismo.

En el Sol, el helio-3 fusionado con otros núcleos de helio-3 produce el 86% del helio 4, que es el resultado estable de la reacción nuclear

Proyecto Huemul

Godoy recordó también el proyecto Huemul, un antecedente quizá poco edificante de la fusión nuclear en la Argentina.

El nombre deriva de la isla Huemul, en el lago Nahuel Huapi, donde el físico austríaco Ronald Richter desarrolló un proyecto de fusión entre 1948 hasta 1952 que llevó al entonces presidente  Juan Domingo Perón a prometer a los argentinos energía limpia y regalada, que podrían obtener en botellas de leche, y a los adversarios políticos a bromear con que entre los muchos milagros del régimen estaba hacer una bomba atómica con paja de trigo.

En la isla se construyeron laboratorios para llevar adelante el proyecto, que fracasó porque Richter no tenía conocimientos suficientes, como demostró el científico José Antonio Balseiro. Como  no  hay mal que por bien no venga, del frustrado proyecto Huemul  nacieron la comisión nacional de energía atómica  y  el Instituto Balseiro.

La comisión nacional de energía atómica fue creada en   1950 para respaldar el   proyecto Huemul, pero continuó después del fracaso de éste.

Balseiro demostró que Richter no  tenía allí ningún dispositivo capaz de producir el campo magnético oscilante que generara la frecuencia necesaria para lograr los fines propuestos  y demostró que Richter no había producido ninguna reacción nuclear  controlada.

Reducido a sus justos términos, Richter se retiró y vivió hasta 1990 en  Montegrande , Buenos Aires.



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