VIII. LA FUSI�N NUCLEAR

LA REACCI�N de fusi�n nuclear requiere que dos n�cleos se acerquen lo suficiente, para que la fuerza nuclear atractiva se haga sentir y los dos iones se fundan en uno solo con la consecuente ganancia de energ�a. Desgraciadamente, los n�cleos tienen carga positiva y se repelen el�ctricamente; esta repulsi�n act�a a distancias mucho mayores que el alcance de la interacci�n fuerte. Como la repulsi�n el�ctrica es proporcional al producto de las cargas que se repelen, el acercamiento es m�s f�cil para los n�cleos ligeros, pues llevan menos carga. A fin de conseguir la fusi�n nuclear debemos usar, entonces, el hidr�geno y sus is�topos. De todas formas, el rechazo entre las cargas significa una fuerte barrera que se opone a la fusi�n y que de una forma u otra debemos vencer.

Veamos primero cu�les son las posibilidades de que se produzca la fusi�n en las condiciones habituales de temperatura y presi�n. Aunque los n�cleos normalmente se hallan alejados uno del otro y apartados por la barrera de repulsi�n el�ctrica, la mec�nica cu�ntica permite penetrarla. En otros t�rminos, en el mundo microsc�pico las barreras no son insalvables debido al principio de incertidumbre y a las propiedades ondulatorias de la materia. En una mol�cula diat�mica de un gas a la temperatura ambiente, por ejemplo, la distancia media entre los dos n�cleos es del orden de 10^-8 cm. Sin embargo, la posici�n no se puede conocer con precisi�n absoluta, pues entonces el �mpetu (y con �l la velocidad) de los n�cleos estar�a totalmente indeterminado. Por lo tanto, la probabilidad de que los dos n�cleos se encuentren en el mismo sitio y que choquen, no es nula desde un punto de vista cu�ntico. Sin embargo, este proceso de fusi�n, que bien podr�amos catalogar como "fr�a", es muy poco probable. As�, las estimaciones m�s optimistas predicen que para que ocurriera un solo proceso de fusi�n en un litro de gas de hidr�geno a presi�n atmosf�rica y temperatura ambiente (del orden de 20°C), habr�a que esperar un tiempo �mucho mayor que el transcurrido desde el origen del Universo!

Entonces, �qu� hacer para acelerar el proceso? Conceptualmente, la manera m�s simple de inducir la fusi�n es producir, por alg�n m�todo, n�cleos con una energ�a cin�tica superior a la energ�a de repulsi�n el�ctrica, para que as� se acerquen mucho unos a otros. Una posibilidad es utilizar aceleradores de part�culas, aparatos que con inmensos campos el�ctricos y magn�ticos pueden lograr que las part�culas alcancen altas velocidades. Con estos aparatos se ha podido estudiar no s�lo el proceso de fusi�n sino la estructura interna misma de los n�cleos. Sin embargo para producir energ�a mediante la fusi�n nuclear; el uso de los aceleradores resulta inoperante, pues para acelerar cada n�cleo necesitamos invertir mucho m�s energ�a de la que se obtiene de la fusi�n.

Debemos, pues, buscar otros caminos. Como ya hemos visto, la reacci�n de fusi�n es m�s probable mientras menor sea la carga de los n�cleos que se unen, pues entonces la barrera repulsiva es m�s peque�a. En consecuencia, recurrimos al hidr�geno y entre los is�topos de �ste al deuterio o al tritio, cuyas fusiones son muy favorables energ�ticamente. En la Tabla 2 se ve que Q es positiva, o sea que los productos finales de las reacciones posibles de fusi�n emergen con energ�as mayores de las que se impartieron a los n�cleos iniciales.

En la Tabla 2 adem�s del valor Q para cada reacci�n se da, en la tercera columna, la probabilidad relativa con la que puede ocurrir cada uno de los procesos. As�, las reacciones entre deuterones que producen ya sea ³He m�s neutrones o tritio m�s protones se presentan con la misma frecuencia, pero aquella reacci�n entre dos n�cleos de deuterio que produce ⁴He y rayos gamma es diez millones de veces menos probable que las dos reacciones anteriores. Por otro lado, las que hemos marcado en la tercera columna como secundarias, tambi�n son poco probables, pues es necesario que alguna otra reacci�n haya tenido lugar antes. En particular; las que incluyen deuterio y tritio, obviamente requieren que este �ltimo ya se haya generado.

TABLA 2. Caracter�sticas de las reacciones de fusi�n nuclear.

Reacción	Valor de Q en MeV	Probabilidad relativa
d + d � 3He + n	3.3	1
d + d � t + p	4.0	1
d + d � 4He + g	23.9	10-7
d + r � 4He + n	17.6	secundaria
p + d � 3He + g	5.5	secundaria
p + r � 4He + g	19.8	secundaria

El uso del deuterio presenta varias ventajas adicionales. La primera, que es muy abundante como energ�tico, pues puede extraerse del agua de mar con tecnolog�as que dominamos bien. El tritio, por su parte, es m�s escaso, aunque es un subproducto de las reacciones de fusi�n. El riesgo radiol�gico del tritio es peque�o si se le compara con el que implican los residuos de los productos de la fisi�n, hoy empleada en los reactores nucleares. Por un lado, la vida media del tritio es de 12.2 a�os y por tanto mucho m�s corta que la de los productos de fisi�n, que es de miles de a�os. Por otro lado, el tritio al decaer emite un electr�n con energ�as peque�as, comparables a las producidas en un televisor a color; por lo que su penetraci�n en el aire es apenas de unos cuantos cent�metros. Sin embargo, el principal riesgo asociado al tritio es que lo inhalamos, pues reemplaza al hidr�geno del agua que hay en el organismo y causa irradiaci�n interna.

La fusi�n nuclear es una fuente alterna de energ�a con grandes posibilidades y muchas ventajas sobre otros m�todos, incluida la discutida fisi�n nuclear. Pero en la pr�ctica las cosas no resultan tan simples. Fabricar un reactor de fusi�n nuclear controlada ha sido el objetivo de muchos a�os de investigaci�n cient�fica y tecnol�gica y ha requerido de inversiones astron�micas. Aun as�, sigue siendo una gran ilusi�n. Algunos problemas se han resuelto ya, pero muchos restan a�n. En el cap�tulo pr�ximo discutiremos esos problemas para poner en perspectiva la gran importancia que tendr�a para la humanidad hallar mecanismos alternativos, m�s baratos y seguros, de producir la fusi�n nuclear.