VIII. LA FUSIÓN NUCLEAR

LA REACCIÓN de fusión nuclear requiere que dos núcleos 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 energía. Desgraciadamente, los núcleos tienen carga positiva y se repelen eléctricamente; esta repulsión actúa a distancias mucho mayores que el alcance de la interacción fuerte. Como la repulsión eléctrica es proporcional al producto de las cargas que se repelen, el acercamiento es más fácil para los núcleos ligeros, pues llevan menos carga. A fin de conseguir la fusión nuclear debemos usar, entonces, el hidrógeno y sus isótopos. De todas formas, el rechazo entre las cargas significa una fuerte barrera que se opone a la fusión y que de una forma u otra debemos vencer.

Veamos primero cuáles son las posibilidades de que se produzca la fusión en las condiciones habituales de temperatura y presión. Aunque los núcleos normalmente se hallan alejados uno del otro y apartados por la barrera de repulsión eléctrica, la mecánica cuántica permite penetrarla. En otros términos, en el mundo microscópico las barreras no son insalvables debido al principio de incertidumbre y a las propiedades ondulatorias de la materia. En una molécula diatómica de un gas a la temperatura ambiente, por ejemplo, la distancia media entre los dos núcleos es del orden de 10^-8 cm. Sin embargo, la posición no se puede conocer con precisión absoluta, pues entonces el ímpetu (y con él la velocidad) de los núcleos estaría totalmente indeterminado. Por lo tanto, la probabilidad de que los dos núcleos se encuentren en el mismo sitio y que choquen, no es nula desde un punto de vista cuántico. Sin embargo, este proceso de fusión, que bien podríamos catalogar como "fría", es muy poco probable. Así, las estimaciones más optimistas predicen que para que ocurriera un solo proceso de fusión en un litro de gas de hidrógeno a presión atmosférica y temperatura ambiente (del orden de 20°C), habría que esperar un tiempo ñmucho mayor que el transcurrido desde el origen del Universo!

Entonces, ¿qué hacer para acelerar el proceso? Conceptualmente, la manera más simple de inducir la fusión es producir, por algún método, núcleos con una energía cinética superior a la energía de repulsión eléctrica, para que así se acerquen mucho unos a otros. Una posibilidad es utilizar aceleradores de partículas, aparatos que con inmensos campos eléctricos y magnéticos pueden lograr que las partículas alcancen altas velocidades. Con estos aparatos se ha podido estudiar no sólo el proceso de fusión sino la estructura interna misma de los núcleos. Sin embargo para producir energía mediante la fusión nuclear; el uso de los aceleradores resulta inoperante, pues para acelerar cada núcleo necesitamos invertir mucho más energía de la que se obtiene de la fusión.

Debemos, pues, buscar otros caminos. Como ya hemos visto, la reacción de fusión es más probable mientras menor sea la carga de los núcleos que se unen, pues entonces la barrera repulsiva es más pequeña. En consecuencia, recurrimos al hidrógeno y entre los isótopos de éste al deuterio o al tritio, cuyas fusiones son muy favorables energéticamente. En la Tabla 2 se ve que Q es positiva, o sea que los productos finales de las reacciones posibles de fusión emergen con energías mayores de las que se impartieron a los núcleos iniciales.

En la Tabla 2 además del valor Q para cada reacción se da, en la tercera columna, la probabilidad relativa con la que puede ocurrir cada uno de los procesos. Así, las reacciones entre deuterones que producen ya sea ³He más neutrones o tritio más protones se presentan con la misma frecuencia, pero aquella reacción entre dos núcleos 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, también son poco probables, pues es necesario que alguna otra reacción haya tenido lugar antes. En particular; las que incluyen deuterio y tritio, obviamente requieren que este último ya se haya generado.

TABLA 2. Características de las reacciones de fusión nuclear.


Reacción	Valor de Q en MeV	Probabilidad relativa

d + d ñ ³He + n	3.3	1
d + d ñ t + p	4.0	1
d + d ñ ⁴He + g	23.9	10^-7
d + r ñ ⁴He + n	17.6	secundaria
p + d ñ ³He + g	5.5	secundaria
p + r ñ ⁴He + g	19.8	secundaria

El uso del deuterio presenta varias ventajas adicionales. La primera, que es muy abundante como energético, pues puede extraerse del agua de mar con tecnologías que dominamos bien. El tritio, por su parte, es más escaso, aunque es un subproducto de las reacciones de fusión. El riesgo radiológico del tritio es pequeño si se le compara con el que implican los residuos de los productos de la fisión, hoy empleada en los reactores nucleares. Por un lado, la vida media del tritio es de 12.2 años y por tanto mucho más corta que la de los productos de fisión, que es de miles de años. Por otro lado, el tritio al decaer emite un electrón con energías pequeñas, comparables a las producidas en un televisor a color; por lo que su penetración en el aire es apenas de unos cuantos centímetros. Sin embargo, el principal riesgo asociado al tritio es que lo inhalamos, pues reemplaza al hidrógeno del agua que hay en el organismo y causa irradiación interna.

La fusión nuclear es una fuente alterna de energía con grandes posibilidades y muchas ventajas sobre otros métodos, incluida la discutida fisión nuclear. Pero en la práctica las cosas no resultan tan simples. Fabricar un reactor de fusión nuclear controlada ha sido el objetivo de muchos años de investigación científica y tecnológica y ha requerido de inversiones astronómicas. Aun así, sigue siendo una gran ilusión. Algunos problemas se han resuelto ya, pero muchos restan aún. En el capítulo próximo discutiremos esos problemas para poner en perspectiva la gran importancia que tendría para la humanidad hallar mecanismos alternativos, más baratos y seguros, de producir la fusión nuclear.