La fusión nuclear es un proceso particular de la física nuclear en la que dos átomos ligeros se fusionan para formar un átomo más grande. Este proceso resulta fascinante para el mundo científico porqué libera una gran cantidad de energía.
La fusión nuclear es un tipo de reacción que altera la estructura de los átomos que ocurre en el espacio pero que es muy difícil de reproducir en la Tierra. Veamos algunos ejemplos:
El Sol y las estrellas
Los ejemplos más destacados de fusión nuclear en la naturaleza se encuentran en las estrellas, incluido nuestro Sol. La fusión nuclear es el proceso que alimenta a las estrellas, liberando enormes cantidades de energía en forma de luz y calor.
El proceso de fusión en las estrellas involucra principalmente la fusión de hidrógeno en helio a través de una serie de reacciones nucleares.
En el núcleo del Sol y otras estrellas similares, las reacciones de fusión ocurren principalmente de la siguiente manera:
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Fusión del protón-protón: En esta reacción, dos núcleos de hidrógeno (protones) se combinan para formar un núcleo de deuterio, liberando un positrón (antipartícula del electrón) y un neutrino. El deuterio se fusiona posteriormente con otro protón para formar un núcleo de helio-3, liberando un fotón gamma.
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Fusión del deuterio-hidrógeno: En esta reacción, un núcleo de deuterio se fusiona con un núcleo de hidrógeno para formar un núcleo de helio-3, liberando un fotón gamma.
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Fusión del helio-3-helio-3: Dos núcleos de helio-3 se combinan para formar un núcleo de helio-4 y dos protones. Esta reacción es una de las vías para la producción de helio-4 en el interior de las estrellas.
Estos procesos de fusión liberan una gran cantidad de energía en forma de radiación electromagnética (fotones gamma) y partículas, que calientan el núcleo estelar y mantienen la estrella en un equilibrio entre la gravedad que tiende a colapsarla y la presión generada por la fusión que la mantiene estable.
Reactores de investigación de fusión nuclear
En la Tierra, aún no se ha logrado la fusión nuclear controlada a gran escala para la generación de energía. Sin embargo, se están llevando a cabo investigaciones y experimentos en reactores de fusión para desarrollar tecnologías que permitan aprovechar la fusión como una fuente de energía limpia y sostenible en el futuro.
Algunos de los principales proyectos en este sentido incluyen ITER, el JET (Joint European Torus) y otros reactores de investigación.
Actualmente no existe ningún reactor nuclear que utilice reacciones de fusión para generar electricidad. Todas las centrales nucleares de potencia del mundo están dotadas de reactores de fisión.
La bomba-H o bomba termonuclear
La bomba de hidrógeno, también conocida como bomba H o bomba de fusión, es un ejemplo válido de fusión nuclear. La bomba de hidrógeno es una de las armas nucleares más poderosas que existen y funciona a través del proceso de fusión nuclear.
A diferencia de las bombas atómicas tradicionales, que funcionan por fisión nuclear (la división de núcleos atómicos pesados), la bomba de hidrógeno emplea la fusión nuclear para liberar su energía destructiva. En el interior de una bomba de hidrógeno, se inicia una reacción en cadena de fisión que proporciona la energía y las condiciones extremas necesarias para iniciar la fusión.
El proceso principal que ocurre en una bomba de hidrógeno es la fusión de núcleos de hidrógeno (isótopos de deuterio y tritio) para formar helio y liberar una enorme cantidad de energía en forma de radiación y ondas de choque. Esta liberación masiva de energía es lo que causa la explosión destructiva característica de la bomba de hidrógeno.
Hasta el día de hoy, la bomba de hidrógeno no se ha lanzado nunca sobre ningún objetivo militar o civil. Las dos únicas bombas nucleares lanzadas fueron las de Hiroshima y Nagasaki diseñadas en el Proyecto Manhattan que lideró el físico Robert Oppenheimer.