1r ciclo Reactor de fusión nuclear

[fabianmorales89]

[FONT=Verdana]Hola, ¿cuáles son las dificultades en la elaboración, mantenimiento y correcto funcionamiento de un reactor de fusión? ¿Será quizá posible que en la primera mitad de este siglo se pueda contar con centrales nucleares que generen energía de esta manera? ¿Cuáles serían los beneficios tanto económicos como ecológicos que ello conllevaría?
Agradezco sus respuestas.[/FONT]

[juankorku55]

Re: Reactor de fusión nuclear

dudo que a mediados de este siglo esten en funcionamiento para el beneficio de todas las personas de una determinada region, ya que el reactor consume mas energía para funcionar de la que nos da y podemos usar para un trabajo, por eso desgraciadamente da menos energía de la que consume, por lo tanto no nos ofrece ningun beneficio económico.

[Cat_in_a_box]

Re: Reactor de fusión nuclear

Hola,
En primer lugar, para responder a tus preguntas sobre las dificultades de la fusión nuclear y las posibilidades en el futuro de su desarrollo, sería conveniente aclarar ciertos conceptos y verás como te vas a dar cuenta tú mismo del porqué es tan difícil y costoso recrear este proceso.
Básicamente, la fusión nuclear es un proceso por el que núcleos pequeños se unen para formar núcleos algo mayores. En él, los núcleos de hidrógeno se fusionan, lo que da lugar a la formación de partículas alfa o núcleos de helio.

Hm, se han sugerido varios ciclos posibles de fusión del hidrógeno, que es la que principalmente nos interesa, para producir helio, pero, en general, el que se acepta como más importante es el llamado protón-protón, basado en la siguiente secuencia:

$^1_1 H + ^1_1 H \longrightarrow ^2_1H + {^0_{+1}e} + \nu _e$
$^1_1H+^2_1H\longrightarrow ^3_2H+\gamma$

Y bueno, de la segunda reacción, se puede dar por su parte dos reacciones, pero vamos, resumiendo, sumando el ciclo completo, la fusión del hidrógeno para producir helio puede tener una de las dos formas siguientes:

$4 {^1_1H}\longrightarrow ^4_2He + 2 {^0_{+1}e} + 2\nu _e + \gamma$ o bien,
$2 {^1_1H}+ ^2_1H\longrightarrow ^4_2He + {^0_{+1}e} +\nu _e + \gamma$

En todos los casos, la enorme cantidad de energía liberada en los procesos de fusión es debida al defecto de masa entre los productos y los reactivos. Este proceso podría constituir, como dices, una fuente de energía casi inagotable. Sin embargo, y esto es lo que supongo que te interesesa, reproducir la enorme temperatura que se origina en los núcleos estelares (donde se da principalmente este tipo de reacción nuclear) necesaria para vencer las repulsiones electrostáticas que tienen lugar en los núcleos, y que gira en torno a los ¡16 millones de grado centígrados! ni más ni menos , supone un enerome reto tecnológico que aún no se ha resuelto, de modo que el balance energético final sea rentable, pues se precisa más energía para producir la reacción que aquella que se libera.

Es una energía totalmente limpia, y basante económica, y fíjate, de elementos tan comunes e inagotables como es el hidrógeno, que se podría sacar ''perfectamente'' del agua pesada, en los océanos. En fin, es todo un reto, pero se conseguirá, eso sí, no creo que en esta década, ni el la siguiente, ni en la siguiente...

Saludos,

[ManuCuenca74]

Re: Reactor de fusión nuclear

Cat_in_a_box si señor ,tu explicacion esta muy bien gracias.Pero tengo entendido que la bomba H es fusion nuclear sin control,y para desencadenar la enorme cantidad de energia que produce creo que no utilizan tanta energia como produce.Aunque me imagino que es ahi donde esta la dificultad,¿No se puede intentar controlar esa explosion como hacen con la fision en las centrales nucleares y aprovecharla?.
Perdonar si digo un tonteria,pero es lo que siempre me ha preguntado sobre esta cuestion.
Gracias

[Cat_in_a_box]

Re: Reactor de fusión nuclear

Hola ManuCuenca74,

Cat_in_a_box si señor ,tu explicacion esta muy bien gracias.Pero tengo entendido que la bomba H es fusion nuclear sin control,y para desencadenar la enorme cantidad de energia que produce creo que no utilizan tanta energia como produce.Aunque me imagino que es ahi donde esta la dificultad,¿No se puede intentar controlar esa explosion como hacen con la fision en las centrales nucleares y aprovecharla?.

Bueno, en primer lugar no soy un experto en bombas, ni mucho menos, y no es uno de los temas que me llamen más la atención. No obstante, cuando estudié la parte de Física nuclear vi algo del funcionamiento de la bomba de hidrógeno y de la bomba de neutrones, una derivación de la bomba de hidrógeno.

Pues bien, lo que dices que para desencadenar la cantidad de energía producida no se utiliza tanta energía como se produce...tiene matices. En primer lugar, ¿de dónde se obtiene esa energía? Pues ni más ni menos que de una fisión nuclear, es decir, de una bomba atómica convencional que funciona por una reacción en cadena descontrolada.

Por tanto, no se trata en sí de una bomba de fusión termonuclear, si no que es una bomba de fisión-fusión y bueno, después de la energía liberada tras la fusión seguro que se vuelve a producir una fisión, pero como ya he dicho, no soy un experto en estas cosas.

El funcionamiento esencial de este tipo de artefacto reside en una cosa que se denomina elemento primario, o algo así. Suele tratarse de uranio-235. Lo que ocurre es que se fisiona el uranio-235 utilizando neutrones lentos, según la siguiente reacción:

$$\mathrm{{}_{92}^{235} U}+ \mathrm{{}_{0}^{1} n}\longrightarrow \mathrm{{}_{56}^{141} Ba}+\mathrm{{}_{36}^{92} Kr} +3\mathrm{{}_{0}^{1}n}$$

El mecanismo de esta reacción se puede explicar apoyándonos en el modelo conocido como gota líquida. Básicamente, este modelo viene a explicar que la concentración de nucleones se asemeja a una gota líquida, es decir, cuando el núcleo absorbe un neutrón, se exicita y se deforma (como una gota), De este modo, la separación se produciría cuando las fuerzas de repulsión son mayores que las de atracción y finalmente, al dividirse el núcleo en dos partes, se emiten neutrones y cada una de las partes es lanzada a una velocidad muy alta, pero claro, menor que la de la luz.


Esto es lo que ocurre la detonar la bomba, se libera una gran cantidad de energía por cada núcleo fisionado. Si quieres calcularla, vendría dada por:

$$Q=\Delta m \cdot 931.5 \text{MeV}$$

Lo que te interesa, la utilización de esta energía para la fusión. Pues lo que pensaron los físicos de hace años es que la fisión de uranio de algún modo abría las puertas a poder controlar el proceso de fisión nuclear. Pero no es fácil, pues para ello, se debía absorber el mayor número posible de neutrones resultantes de la fisión, porque, de lo contrario, estos producirían nuevas fisiones, y el ritmo con que aumentan éstas era increíble. Esto se consiguió con barras de cadmio y otras cosas que no recuerdo, de modo que se consiguió una cadena controlada.

Pero la bomba H es ligeramente diferente, en un aspecto esencial. La reacción que se produce no se vigila y en consecuencia la reacción en cadena se descontrola, liberando lógicamente la energía en foma de bomba explosiva. Esta reacción se descontrola cuando se supera una cosa llamada masa crítica.

Por tanto, no creo que se pudiera controlar esa explosión, pues viene dada por una reacción en cadena descontrolada, y por definición si es descontrolada es que no se ha controlado Y como ya te he dicho, la fusión que se produce en la bomba H se debe a la fisión que la precede. De ahí que ahora se investigue para hacer reactores de fusión por confinamiento magnético de modo que no se necesiten bombas atómicas

Saludos,

[deathwarrior]

Re: Reactor de fusión nuclear

Hola. Bueno, te contesto como nos contestaba mi profesor de fusión nuclear: «Hace 15 años decían que en 15 años tendríamos reactores de fusión, ahora todos dicen que en 15 años.».

Uno de los principales problemas para tener un reactor de fusión que funcione como central eléctrica es que el mantener el proceso de fusión, gasta más energía de la que proporciona. La fusión nuclear, a diferencia de la fisión, no tiene una reacción en cadena[y por ello es mucho más segura pero más complicado de lograr].

Además de lo anterior existe el problema de la contención del plasma. No existe un material capaz de contener el plasma. Por ello se utilizan 2 técnicas fundamentalmente. La primera y la más «popular» es el confinar el plasma mediante un campo magnético intenso, lo cual funciona bastante bien, con el pequeño gran detalle de que un producto de la fusión son los neutrones rápidos, que, evidentemente no son contenidos por el campo magnético. Para ello se utilizan muros de contención que tienen también otro problema, y es que con el paso del tiempo y el bombardeo con neutrones vuelve las paredes radiactivas.
Otro tipo de contención, que hasta donde sé tiene fines militares en EUA[https://lasers.llnl.gov/] y que por otro lado en Japón ha despertado mucho interés y han realizado algunos avances es el confinamiento inercial con láseres, pero al ser clasificado en los EUA no se tienen tantos avances al público.

Para lograr una reacción de fusión sostenida se necesita que el plasma entre en ignición. Existe ya un experimento en construcción(llamado ITER[https://secure.wikimedia.org/wikipedia/en/wiki/ITER]) que sería algo así como un LHC pero de plasmas, aunque que yo sepa no existe un objetivo de lograr un plasma en ignición. Lo que si sé es que en Italia existe una propuesta para un proyecto llamado IGNITOR[https://secure.wikimedia.org/wikipedia/en/wiki/IGNITOR] que pretende, precisamente obtener un plasma en ignición.

Espero que te sea de ayuda.

[Ras]

Re: Reactor de fusión nuclear

Últimamente parece que se ha puesto de moda este tema, lo nunca visto, sale hasta en el telediario, hoy por hoy andaran desesperados por financiación . Según cuentan en este capitulo de Redes ya se esta construyendo el HiPER en el sur de Francia. Y en si la reacción de fusión ya se consiguió hace años.
http://www.rtve.es/alacarta/videos/r...=1310408688673
Pongo el enlace, aunque esta claro que este programa es de divulgación y creo que no pega mucho en el foro de 1r ciclo, del aula. No obstante me parece interesante si eres optimista

[Ulises7]

Re: Reactor de fusión nuclear

No deberías haber puesto ese enlace Ras, ahora ¡has despertado a la BESTIA!

Ahora en serio, el programa está bien, la única pega que le veo es el hecho de que en apenas un minuto Punset hablando ya dice barbaridades:

- "La energía de fusión es inacabable porque, simplemente la extraemos del Sol".

[Ras]

Re: Reactor de fusión nuclear

No deberías haber puesto ese enlace Ras, ahora ¡has despertado a la BESTIA!

Ahora en serio, el programa está bien, la única pega que le veo es el hecho de que en apenas un minuto Punset hablando ya dice barbaridades:

- "La energía de fusión es inacabable porque, simplemente la extraemos del Sol".

Dando por hecho que el publico televisivo en general no sabe distinguir la fusión de la fisión, este programa es una balsa en el océano, pero ojo, a todos los niveles, no solo científico. Sociología psicología... etc.
Con mas de 10 años en la fugaz antena de este país amante de lo Efímero se ha ganado mi respeto. Y a Punset se lo perdono todo
Aunque no te falta razón. Para este foro tan especializado le falta mucho rigor.
Si me llaman la atención yo mismo lo borrare (entre lagrimas, claro esta)
....