III. PRINCIPIOS FÍSICOS

El principio físico de las reacciones de fisión y fusión se explica a partir de la energía de enlace por nucleón en función del número másico A del núcleo (figura 1). Los núcleos con una energía de enlace mayor, 50 < A < 90, son los más estables. Si un núcleo muy pesado se rompe en dos (fisión), el estado inicial tiene más masa que el estado final, este exceso de masa se desprende en forma de energía según la fórmula E=mc². Lo mismo ocurre cuando dos núcleos ligeros se unen (fusión)



Figura 1 Energía de enlace por nucleón en función del número másico. Fuente: CIEMAT

Para que los núcleos cargados positivamente superen la repulsión electrostática que existe entre ellos y se acerquen lo suficiente como para producir reacciones de fusión a un ritmo adecuado se necesitan temperaturas del orden de los 100 millones de grados. A esta temperatura los electrones se separan del núcleo y como resultado se tiene un plasma con los electrones e iones moviéndose independientemente a gran velocidad.

Desde el punto de vista de operación de un primer reactor de fusión, la reacción más interesante es la del deuterio ²D y tritio ³T (D-T)



El deuterio y el tritio son dos isótopos del hidrógeno. El deuterio es estable y muy abundante en el agua. El tritio es radioactivo y no existe en la naturaleza pero puede producirse a gran escala mediante la irradiación de litio con neutrones. El principal producto de esta reacción de fusión es el helio que no es radioactivo, aunque el neutrón producido a elevadas energías puede activar los materiales que envuelven el reactor. Las condiciones para obtener un importante ritmo de fusión D-T son las más fáciles de conseguir, los reactantes deben tener una energía cinética de unos 10 keV (correspondiente a una temperatura ligeramente superior a 100 millones de K).

Existen otras reacciones posibles, pero las condiciones necesarias para que se produzcan son más exigentes que la reacción D-T, por eso se contemplan como las reacciones de los reactores de segunda generación. La reacción deuterio-deuterio (D-D)



tiene la ventaja de no utilizar tritio y de no producir neutrones de alta energía, pero la temperatura necesaria para que la sección eficaz sea significativa es 10 veces mayor que la necesaria para la reacción D-T. La reacción deuterio-helio 3 (D-³He)



es muy interesante porque no produce ni tritio ni neutrones. La elevada energía del protón puede recuperarse por conversión directa a energía eléctrica, con eficiencias del 80%. Los principales inconvenientes son la elevada temperatura necesaria, sobre los 50 keV, y la escasez de ³He en la Tierra, aunque es posible obtenerlo en la luna.

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