¿DURANTE CUÁNTO TIEMPO HAY QUE CALENTAR EL HIDRÓGENO PARA MANTENER UNA REACCIÓN DE FUSIÓN.

En Academia Cruellas seguimos repasando conceptos que puedan salir en las Pruebas Libres de Bachillerato. Hoy nos centramos en las reacciones de fusión.

Al calentar el hidrógeno a temperaturas cada vez más altas, pierde energía por radiación a una velocidad cada vez mayor. Si la temperatura sigue aumentando, los átomos de hidrógeno pierden sus electrones, dejando que los núcleos choquen unos contra otros y se fundan. Esta fusión produce energí. Si la temperatura sigue subiendo, la cantidad de energía producida por fusión es cada vez mayor.

La cantidad de energía producida por la fusión aumenta más deprisa con la temperatura que la pérdida de energía por radiación. Al alcanzar cierta temperatura crítica, la energía producida por la fusión llega a ser igual a la perdida por radiación. En ese momento la temperatura se estabiliza y la reacción de fusión se automantiene. Con tal de suministrar hidrógeno al sistema, éste producirá energía a un ritmo constante.

La temperatura requerida varía con el tipo de hidrógeno. El tipo más común es el hidrógeno con un núcleo compuesto por un solo protón. Después está el hidrógeno pesado o deuterio, con un núcleo compuesto por un protón y un neutrón, y el hidrógeno radiactivo, o tritio, con un núcleo de un protón y dos neutrones.

La cantidad de energía producida por fusión  nuclear a una temperatura dada con Deuterio es mayor que con Hidrógeno y menor que con Tritio.

La fusión que menos temperatura requiere para iniciarse es la de Tritio: basta unos cuantos millones de grados. Desgraciadamente el Tritio es inestable y apenas se da en la naturaleza. Habría que formarlo en el laboratorio casi por encargo, y aun así sería imposible mantener a base de tritio la cantidad de reacciones de fusión que necesita la Tierra.

La fusión del deuterio tiene una temperatura de ignición de 400.000.000 ºC. El deuterio es estable pero raro; sólo un átomo de cada 6.700 es de deuterio. Pero tampoco hay que exagerar. En un litro de agua normal hay suficiente deuterio para producir por fusión una energía equivalente a la combustión de 67 litros de gasolina.

Un modo de alcanzar la temperatura necesaria es mediante la adición de algo de tritio para que actúe de detonador. La fusión de deuterio con tritio puede iniciarse a los 45.000.000ºC.

El tiempo que hay que mantener la temperatura depende de la densidad del hidrógeno. Cuantos más átomos por centímetro cúbico, tantas más colisiones y más rápida la ignición.