Download fusión nuclear - Tecnoindustrialcharo

FUSIÓN NUCLEAR
Índice
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Definición (pág.1)
Esquema de una fusión solar (fotografía) (pág.2)
Requisitos necesarios para la fusión nuclear (pág.3)
Láser usado por científicos para la fusión nuclear (fotografía) (pág.4)
Métodos de confinamiento (pág.5 y 6)
Esquema de tomakak (fotografía) (pág.7)
Aspectos generales (pág.8 y 9)
Evolución histórica (pág.10 y 11)
Stellarator TJ-II (fotografía) (pág.12)
Un proyecto importante: el ITER (pág.13 y 14)
Definición de fusión nuclear
• La fusión nuclear es una reacción en la que dos núcleos de átomos
ligeros, como son el hidrógeno y sus dos isótopos, deuterio y tritio, se
juntan con la finalidad de formar un único núcleo más pesado que el de
sus dos predecesores, liberando así una enorme cantidad de energía.
• Aunque parezca algo extraño o poco usual, hay un hecho que ocurre
gracias a la fusión nuclear el cual está ocurriendo constantemente. La
energía solar tiene su origen en la fusión de núcleos de hidrógeno,
formando helio y haciendo que se libere una gran cantidad de energía
que llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética.
Esquema de una fusión solar
Requisitos necesarios para
efectuar la fusión nuclear
• Se necesita una temperatura muy elevada para poder separar los
electrones del núcleo y que éste se aproxime a otro venciendo las
fuerzas de repulsión electrostáticas. La masa gaseosa compuesta por
electrones libres y átomos altamente ionizados se denomina plasma.
• Un confinamiento necesario para mantener el plasma a elevada
temperatura durante un tiempo mínimo.
• La densidad del plasma ha de ser suficiente para que los núcleos estén
cerca los unos de los otros y se puedan dar lugar reacciones de fusión.
Láser usado por científicos para
la fusión nuclear
Métodos de confinamiento
• Los métodos de confinamiento convencionales (cajas, vasijas...) no
sirven para la fusión nuclear debido a las altas temperaturas del
plasma. Por este motivo, los científicos están desarrollando dos
métodos de confinamiento:
• Fusión nuclear por confinamiento inercial (FCI): Consiste en crear un
medio tan denso que las partículas no tengan casi ninguna posibilidad
de escapar sin chocar entre sí. Se hace impactar un rayo láser contra
una pequeña esfera de deuterio para provocar su explosión. De este
modo, se hace cientos de veces más densa y explosiona bajo los
efectos de la reacción de fusión nuclear.
• Fusión nuclear por confinamiento magnético (FCM): Las partículas
cargadas de energía eléctrica del plasma son atrapadas en un espacio
reducido por la acción de un campo magnético. El dispositivo más
desarrollado se denomina tokamak (Toroidal KAmera MAgnetiK).
Esquema de tokamak
Aspectos generales
• Las reacciones de fusión más importantes son:
• D + T --> 4He + n + 17,6 MeV
D + D --> 3He + n + 3,2 MeV
D + D --> T + p + 4,03 MeV
• n = neutrones
p = protones
D = deuterio
T = tritio
• Para que tengan lugar estas dos reacciones se les debe de suministrar a
los núcleos la energía cinética necesaria para que se puedan aproximar
los núcleos reaccionantes, venciendo así a las fuerzas de repulsión
electrostáticas. Para ello se necesita calentar el gas hasta temperaturas
muy elevadas (107 ó 108 ºC ), como las que se supone que tienen lugar
en el centro de las estrellas. El gas sobrecalentado es al que se llama
plasma.
• El requisito de cualquier reactor de fusión nuclear es confinar el
plasma con una temperatura y densidad lo bastante elevadas durante un
periodo determinado para permitir que ocurran suficientes reacciones
de fusión nuclear, evitando que escapen las partículas, para obtener una
gran ganancia de energía.
• Aquí tenemos el esquema de un reactor nuclear:
Evolución histórica
• En 1929 Atkinson y Houtemans plantearon la posibilidad de obtener
energía de las reacciones de fusión.
• En 1942, a partir del proyecto Sherwood, se llevaron a cabo los
primeros avances tecnológicos que permitieron desarrollar el concepto
de confinamiento magnético. Algunos de los primeros diseños fueron:
z-pinch y stellarator.
• En 1961, J. Nuckolls, de Estados Unidos, y N. Basov, de Rusia,
desarrollaron una técnica con la que se podrían obtener reacciones de
fusión nuclear mediante altas comprensiones provocadas por la cesión
de energía.
• En 1965, Artsimovich presentó los resultados de sus investigaciones,
en la “2ª Conferencia de Plasma y Fusión Controlada”, sobre el
concepto tomakak.
• En 1968, el Premio Nobel N. Basov, informó de la obtención de
temperaturas de ignición y de la producción de neutrones en las
reacciones de fusión nuclear empleando láseres.
• En la década de los 70 comenzó a producirse la primera serie de
publicaciones sobre FCI (Fusión nuclear por Confinamiento Inercial).
• En 1983, se pone en funcionamiento la primera máquina de fusión
nuclear, el Tomakak TJ-I.
• En la década de los 90, las instalaciones de tipo tomakak permitieron
obtener cierta potencia. Hasta la fecha, se han llegado producir hasta
12 MW de potencia en reacciones de fusión nuclear controladas
durante más de un segundo.
• En 1994, se puso en marcha el primer dispositivo de fusión nuclear
construído totalmente en España: el Stellarator TJ-I upgrade, que fue
cedido en 1999 a la Universidad de Kiel al entrar en operación el TJ-II.
Stellarator TJ-II
Un proyecto importante: el ITER
• El 21 de mayo de 2006 se anunció que algunos físicos estadounidenses
superaron uno de los problemas de la fusión nuclear usando el modelo
tomakak, el fenómeno llamado ELMs (siglas en inglés) que
provocaría una erosión del interior del reactor, obligando a su
reemplazo frecuentemente.
En un artículo publicado el domingo 21 de mayo de 2000 en la revista
británica Nature Physics, un equipo dirigido por Todd Evans de la
empresa General Atomics, California, anunció que descubrieron que
un pequeño campo magnético resonante, proveniente de las bobinas
especiales ubicadas en el interior de la vasija del reactor, crea una
interferencia magnética “caótica” en el borde del plasma que detiene la
formación de flujos.
• El 24 de mayo de 2006 los siete socios del proyecto ITER (Unión
Europea, Japón, Estados Unidos, Corea del Sur, la India, Rusia y
China) firmaron en Bruselas un acuerdo internacional para el
lanzamiento del reactor de fusión con el modelo tomakak, que se
construirá en Cadarache, en el Sudeste de Francia. Los costes de
construcción del reactor se estimaron en 4.570 millones de euros y la
duración de la construcción en 10 años. La UE y Francia se
comprometieron a contribuir con el 50% del coste, mientras que las
otras seis partes acordaron aportar cada una alrededor del 10%.
Trabajo realizado por:
• Patricia Cancho García, de 1ºA
(Bachillerato)
• Fuentes obtenidas de:
• www.energia-nuclear.net
• www.wikipedia.org (sólo la parte del ITER)