IX. LA FUSI�N CALIENTE: LOGROS Y DIFICULTADES

EN NUESTRO Sol las reacciones de fusi�n nuclear ocurren de manera sostenida, sin que sea preciso inyectarle energ�a del exterior. Que �stas sean reacciones autosostenidas, se debe a que el gas en el Sol se encuentra a muy altas presiones y temperaturas. As�, los n�cleos en la estrella chocan con mucha frecuencia y gran velocidad, lo que les permite superar la barrera de repulsi�n el�ctrica que los separa. Algo an�logo ocurre en la vecindad de objetos c�smicos, como los pulsares y los cuasares, donde se producen campos electromagn�ticos de gran intensidad.

En un gas a alta temperatura, la velocidad promedio de las mol�culas es grande. Por ejemplo, en el centro del Sol se tiene una temperatura de 20 millones de grados y la velocidad promedio de las mol�culas es de 30 000 km/s, un d�cimo de la velocidad de la luz. Desde luego, hay algunas mol�culas que son m�s r�pidas que otras. Al aumentar la presi�n y comprimir al gas, acercamos m�s a las part�culas, que ahora chocan con mayor frecuencia. Cuando el gas se halla a muy alta temperatura, los choques son muy violentos y pueden disociar las mol�culas en �tomos, o aun desprender de �stos a los electrones. Se produce, pues, materia ionizada en forma de gas. Este es el estado en que se encuentra el Sol, y se le conoce como plasma, el cuarto estado de la materia.

Para vencer la repulsi�n el�ctrica en un gas formado por una mezcla de tritio y deuterio es necesaria una energ�a cin�tica m�nima de alrededor de 100 000 eV. Ello implica una temperatura equivalente a mil millones de grados. Como antes dijimos, la temperatura es proporcional a la energ�a cin�tica promedio de las mol�culas de un gas. Sin embargo, siempre hay mol�culas m�s r�pidas que el promedio correspondiente a una temperatura dada. Este hecho permite que a una temperatura considerablemente menor que esos 10⁹ K pueda haber una actividad de fusi�n razonable y suficiente. As�, se ha encontrado que a unos 60 millones de grados la fusi�n nuclear puede autosostenerse.

El otro par�metro importante para mantener la fusi�n nuclear sostenida es la cercan�a entre los n�cleos, pues mientras m�s juntos se encuentren m�s probable es que se unan. Los f�sicos e ingenieros que intentan controlar el plasma usan el llamado par�metro de confinamiento, que es igual al producto de la densidad del gas por el tiempo que la densidad puede sostenerse. La condici�n m�nima para la reacci�n de fusi�n autosostenida es que el par�metro de confinamiento sea mayor que 3 x 10¹⁴s/cm³ Si el valor es menor; se requiere inyectar energ�a al plasma, lo que se logra calent�ndolo. Si se agrega una energ�a E, se obtiene del plasma una energ�a qE, donde q es un cierto factor de ganancia. Cuando q sobrepasa el valor unidad, el reactor se comporta ya como un amplificador de energ�a.

Figura 7. El reactor Tokamac (de las palabras rusas toroid = toroide, kamera = c�mara, magnit = im�n y katushka = bobina) para controlar la fusi�n caliente.

El problema tecnol�gico que plantea la fusi�n caliente es, pues, formidable: se debe confinar un plasma muy caliente durante un cierto tiempo. Debemos producirlo, calentarlo y todav�a confinarlo. Para ello se requieren m�quinas enormes, como el Tokamac, que se muestra en la figura 7 y que semeja una inmensa dona. En este aparato, el plasma se confina por la acci�n de campos magn�ticos muy intensos y se le calienta por diversos medios, seg�n su dise�o.

TABLA 3. Los grandes proyectos de la f�sica de plasmas.

Reactor	Lugar	País	Inicio
TFTR	Princeton	EUA	1982
JET	Oxford	CEE	1983
JT-60	Tokio	Japón	1986
MFTF	Stanford	EUA	1986
TORE-SUPRA		Francia	?
T-15		CEI	?

Hoy existen en el mundo s�lo seis grandes proyectos destinados a producir la fusi�n controlada. Cinco son del tipo Tokamac y, como se ve en la Tabla 3, s�lo los pa�ses m�s ricos son capaces de emprender acciones tan ambiciosas. En M�xico, como en otros pa�ses de menor poder�o econ�mico, hay proyectos peque�os. En nuestro pa�s estudian el problema grupos de cient�ficos que trabajan en el Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares y en la Universidad Nacional Aut�noma de M�xico.

El problema planteado por la fusi�n caliente es de gran magnitud. S�lo tres reactores de prueba operan hoy y sus valores del par�metro de confinamiento no est�n muy lejos de 3x 10¹⁴s/cm³, la condici�n que antes mencionamos para que la reacci�n se sostenga por s� misma. Tambi�n el valor de q es cercano a uno, es decir; los reactores producen ya casi tanta energ�a como la que consumen. Este valor de q, sin embargo, no es suficiente para la operaci�n comercial rentable, para la cual se requiere m�s bien un valor cercano a 20. Ya se proyecta una nueva generaci�n de reactores, que podr�n alcanzar esta meta en la primera o segunda d�cadas del siglo XXI.

Entre las t�cnicas del siglo XXI, alternas a los reactores Tokamac, se halla la fusi�n inducida por l�ser. En ella, una mezcla de tritio y deuterio se calienta al concentrar varios haces de luz l�ser sobre una pelotita, de un mil�metro de di�metro, que contiene el combustible. La luz ultravioleta, que se obtiene despu�s de pasar la radiaci�n l�ser infrarroja a trav�s de un cristal perfecto que triplica la frecuencia de la luz incidente, fuerza a los electrones a oscilar y �stos calientan el plasma cuando chocan con sus iones. Al recibir tanta energ�a, el plasma en la periferia de la pelotita explota y, a causa de la tercera ley de Newton, ejerce una gran fuerza sobre el plasma en el interior de la bolita. �sta se comprime mucho en consecuencia y las reacciones termonucleares pueden llevarse a cabo.