Fisión y Fusión

La radiactividad es un fenómeno en virtud del cual un núcleo inestable de un material pesado se va desintegrando y transformando en núcleos más estables y ligeros emitiendo en forma de radiación la energía que se pierde en el proceso. Este fenómeno fue descubierto, bautizado con ese nombre y estudiado por Marie y Pierre Curie en el cambio de siglo del XIX al XX.

La fisión nuclear (del latín, fissio, escindir o dividir) es una reacción que tiene lugar en el núcleo de un átomo pesado cuando este núcleo recibe el impacto de un neutrón. Si esto ocurre, el núcleo que recibe el impacto se vuelve inestable y se divide en dos o más núcleos más ligeros y más estables. En este proceso se produce también una emisión de neutrones, rayos gamma, electrones y partículas alfa o núcleos de helio, al mismo tiempo que se libera una gran cantidad de energía. Si, además, los neutrones emitidos impactan sobre otros núcleos iguales al primero, se produce una reacción en cadena de la que se pueden obtener grandes cantidades de energía. La fisión nuclear a partir de núcleos pesados de plutonio es el origen de la energía producida en las centrales eléctricas nucleares. Cualquier instalación de fisión nuclear presenta dos inconvenientes enormes: los residuos de la instalación mantienen niveles importantes de radiactividad natural durante un tiempo largo y difícil de calcular; la radiación gamma es sumamente dañina para la salud por ser altamente ionizante, lo que quiere decir que puede arrancar electrones de los átomos de las células alterando su funcionamiento. Si esta acción ionizante afecta a las células del ADN puede ocasionar mutaciones imprevisibles.

Si la fisión es una reacción nuclear que se produce por la división de un núcleo pesado, la fusión nuclear (del latín, fusio, unión o integración) es todo lo contrario, pues en ella los ligeros núcleos de hidrógeno chocan entre sí dando lugar a núcleos de helio, quedando libres los neutrones sobrantes y generando una importante cantidad de energía. Esta reacción es la que tiene lugar en el interior del sol. Para que esto ocurra, hace falta que las temperaturas sean muy elevadas, para que la materia allí existente se presente en forma de plasma, que es una especie de gas cuyos átomos están ionizados gracias a que los electrones han podido escapar de la atracción de los núcleos. En este plasma es en el que se producen los choques necesarios entre los núcleos de hidrógeno para que se formen los de helio liberando gran cantidad de energía, parte de la cual recibimos nosotros en forma de radiación electromagnética que hace posible la vida en la Tierra.

La pregunta salta sola: ¿Por qué no hemos hecho centrales eléctricas de fusión en lugar de haberlas hecho de fisión? Porque en este momento no hay tecnología suficiente para alcanzar las temperaturas que se necesitan y recuperar con beneficio la energía que habría que gastar para conseguirlas. Lograr esto es un objetivo tan ambicioso y tan costoso que para ponerlo en marcha se han asociado Estados Unidos, la Unión Europea, Rusia, China, India, Japón y República de Corea en un proyecto único llamado ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional), iniciado en el año 2007, que tiene su sede y sus instalaciones en Cadarache (Francia) y que, con un presupuesto de 24.000 millones de euros, es el quinto proyecto por presupuesto de todos los que se han hecho en el mundo. La elección de Cadarache tuvo lugar en competencia con otras dos propuestas, entre las que se encontraba, con bastantes posibilidades, una española para hacerlo en Vandellós. Para España hubiera sido una gran oportunidad para meternos en el mundo de la investigación a nivel mundial, pero no hubo suerte.

El reactor elegido es del tipo llamado Tokamak, que ya se ha probado en otros proyectos. Su primer diseño nació en Rusia y su característica más singular es que el recinto para confinar el plasma tiene forma toroidal, con un diámetro medio del toro de unos 13 m y una sección no circular de unos 6 m de altura. Con él se espera alcanzar temperaturas de 100 millones de grados centígrados, con una potencia térmica disponible diez veces mayor que la potencia necesaria para calentar el plasma. Como a esa temperatura el plasma no puede tocar las paredes del recinto, hay que mantenerlo confinado de esta forma utilizando grandes campos magnéticos. Para alcanzar la temperatura indicada, se crea un campo eléctrico en el propio plasma, que se convierte así en un conductor toroidal cuyos electrones colisionan entre sí y con los iones disipando enormes cantidades de energía que calientan todo el plasma elevando su temperatura. 

La primera fase del proyecto será solo una demostración que finalizará en el año 2025, cuando se haya conseguido el plasma a la temperatura que se necesita para su aprovechamiento comercial. La producción de energía eléctrica está prevista para el año 2050.

Marie Curie recibió el premio Nobel de Física en 1903 por sus descubrimientos sobre las radiaciones, y el de Química en 1911 por sus descubrimientos del radio y del polonio.

Fotografía: Página del proyecto ITER: iter.org