Actualmente, se busca dominar las reacciones de fusión en la Tierra para poder aprovechar la gran cantidad de energía que éstas liberan. Se presentan para ello dos problemas serios:
| 1) | Producir un plasma de deuterio-tritio (o del combustible que se quiera utilizar, como veremos más adelante) con una temperatura de alrededor de 100 millones de grados centígrados y suficiente densidad para que se produzcan muchas reacciones de fusión. |
| 2) | Mantener el plasma a esa temperatura y densidad, sin tocar las paredes del reactor, durante suficiente tiempo para generar más energía por fusión que la utilizada para producir y calentar el plasma. |
El problema no está aún resuelto, pero se han hecho grandes
progresos desde que se comenzó con los estudios hace más de 40 años.
La necesidad de mantener el plasma a alta temperatura hace
que sea imposible almacenarlo (confinarlo) dentro de un recipiente
sólido, ya que al entrar en contacto con las paredes del mismo, el
plasma se enfriaría y el recipiente se dañaría. Se plantea entonces el
problema de cómo confinar el plasma durante suficiente tiempo a
temperaturas elevadas.
En las estrellas, la enorme atracción gravitatoria
hace que pese a su alta temperatura el plasma no se expanda demasiado y
se mantenga a altas densidades. A escala terrestre la atracción
gravitatoria del propio plasma es extremadamente débil y no puede
mantenerlo confinado. Se han propuesto dos métodos para confinar el
plasma en un reactor de fusión. Estos métodos se conocen como
confinamiento magnético y confinamiento inercial.
En el método de confinamiento magnético se utiliza la fuerza que un campo magnético
ejerce sobre las partículas cargadas que constituyen el plasma. Esta
fuerza obliga a las partículas del plasma a moverse siguiendo la
dirección del campo magnético. De esta forma, utilizando electroimanes
para generar un campo magnético con la geometría (estructura)
apropiada, es posible evitar que el plasma se acerque a la pared del
reactor.
El combustible contenido dentro de esta "botella magnética"
es calentado haciendo circular una corriente eléctrica y/o utilizando
haces de partículas de gran energía u ondas electromagnéticas.
Cuando la temperatura se eleva lo suficiente y comienzan a producirse
reacciones de fusión, una parte de la energía liberada puede
aprovecharse para calentar el plasma. En el caso de la reacción
deuterio-tritio, las partículas alfa
entregan su energía al plasma, pero los neutrones lo atraviesan sin
depositar energía. Como los neutrones se llevan el 80% de la energía
producida en la reacción de fusión, sólo un 20% (la quinta parte) de la
energía producida se deposita en el plasma.
El concepto más avanzado dentro de la línea de
confinamiento magnético es el conocido como tokamak. Las principales
componentes de un tokamak son un recipiente de forma toroidal (semejante
a una cámara de automóvil) y una serie de electroimanes que se utilizan
para inducir la corriente eléctrica en el plasma y producir los campos
magnéticos.
Esquema de un TOKAMAK ,
el plasma actúa como secundario de un transformador
Se ha conseguido, utilizando solamente deuterio para evitar
que se produzcan muchas reacciones de fusión y el tokamak se vuelva radioactivo,
producir condiciones tales en el plasma que, de repetirse con una
mezcla de deuterio-tritio, permitirían generar tanta energía por fusión
como la utilizada para producir y calentar el plasma. Esto se conoce
como condición de "break-even". Por otro lado, en las limitadas
experiencias con deuterio-tritio realizadas en el Joint European Torus
(JET), un tokamak de la Comunidad Europea, se ha conseguido producir 16 MegaWatts de potencia de fusión, lo que representa un 66% (dos tercios) de la potencia necesaria para mantener caliente el plasma.
El próximo paso consiste en demostrar la posibilidad de
producir reacciones de fusión autosostenidas. Esto se conoce como
ignición y significa que la energía depositada por las partículas alfa
es suficiente para mantener caliente el plasma y no se necesitan fuentes
de calentamiento externas. Para esto es necesario que la energía total
producida por fusión sea unas cinco veces mayor que la necesaria para
calentar el plasma.
Recientemente, un equipo internacional en el que
participaron científicos de E.E.U.U., Rusia, Japón y la Comunidad
Europea, diseñaron un tokamak (ITER: International Thermonuclear
Experimental Reactor) que podría alcanzar la ignición. Debido al alto
costo del proyecto, unos 10.000 millones de dólares, los países
participantes decidieron no seguir adelante con su construcción y
actualmente se trabaja en el diseño de un tokamak menos costoso.
En el método de confinamiento inercial se irradia
una pequeña pastilla de combustible con haces de radiación láser o
haces de partículas de muy alta energía. Esto hace que la capa externa
de la pastilla se evapore y expanda rápidamente comprimiendo el resto
del combustible (acción y reacción). Al ser comprimida y calentada, cada
pastilla se transforma en una pequeña bomba termonuclear (de
hidrógeno). Debido a esto, y al interés militar de los láseres de muy
alta potencia, el acceso a la información existente en esta línea de
trabajo se encuentra más restringido.
