Fusión nuclear
La fusión nuclear une núcleos ligeros para formar núcleos más pesados. En elementos suficientemente ligeros, los productos pueden quedar más ligados por nucleón y la reacción libera energía. La dificultad central consiste en acercar dos núcleos con carga positiva lo suficiente para que actúe la fuerza nuclear de corto alcance.
La barrera de Coulomb
Dos núcleos positivos se repelen eléctricamente. Una temperatura mayor eleva las energías cinéticas típicas de los iones y aumenta el número de encuentros cercanos, pero no elimina la barrera. El túnel cuántico es esencial: existe una probabilidad finita de alcanzar distancias de fusión incluso cuando la energía clásica está por debajo del máximo de la barrera electrostática.
Una reacción de referencia: deuterio y tritio
Una reacción muy estudiada en laboratorio es ²H + ³H → ⁴He + n. Libera unos 17,6 MeV: aproximadamente 3,5 MeV van al núcleo de helio y 14,1 MeV al neutrón. Como el neutrón es neutro, no queda confinado magnéticamente junto con el plasma cargado.
Temperatura, densidad y confinamiento importan a la vez
Un plasma de fusión debe contener suficientes iones reactivos, con una distribución de energías adecuada, durante el tiempo necesario para que la producción por fusión compita con las pérdidas de energía. Esta es la lógica del criterio de Lawson y de magnitudes relacionadas como el producto triple. Una temperatura espectacular, por sí sola, no demuestra que el plasma produzca energía neta.
Las estrellas y los plasmas de laboratorio no son el mismo caso
El Sol está confinado por la gravedad y convierte principalmente hidrógeno en helio mediante la cadena protón-protón. La investigación terrestre suele centrarse en otras reacciones y utiliza confinamiento magnético o compresión rápida. Las vías de ingeniería son distintas, pero la física básica es la misma: deben producirse suficientes encuentros nucleares cercanos antes de que el plasma pierda su energía útil.
Ejemplos resueltos
1. Comprobar el balance de nucleones
Para ²H + ³H → ⁴He + n, los números másicos dan 2 + 3 = 5 a la izquierda y 4 + 1 = 5 a la derecha. También se conserva la carga: 1 + 1 = 2 + 0.
2. ¿Por qué no basta la temperatura?
La temperatura describe la distribución de energía de los iones, pero el rendimiento de fusión también depende de la densidad y del tiempo de confinamiento. Un plasma muy caliente pero extremadamente diluido y breve puede producir muy poca fusión.
3. Usar un valor Q
Si una reacción tiene un defecto de masa de 0,010 u y 1 u·c² ≈ 931,5 MeV, entonces Q ≈ 0,010×931,5 = 9,32 MeV.