Isótopos:
Son átomos de un mismo elemento que tienen el mismo número de protones y electrones, pero diferente número de neutrones.
Los isótopos del Hidrógeno son:
Protio.- Es un isótopo de Hidrógeno que tiene un Protón y un Electrón y no tiene neutrones; es la forma de materia más común en el Universo.
Deuterio.- Isótopo de Hidrógeno con un Protón, un Electrón y un Neutrón.
Tritio.- Isótopo de Hidrógeno con un Protón, un Electrón y dos Neutrones, es radioactivo, cuya vida media es de 10 años. El Tritio no ocurre en la naturaleza, pero se puede fabricar bombardeando Litio con Neutrones.
Los del Helio son:
Helio-3.- Isótopo de Helio con dos Protones, dos electrones y un Neutrón.
Helio 4.- La forma más común de Helio que se encuentra en la Naturaleza. Tiene dos Protones, dos Neutrones y dos Electrones.
Física de las reacciones nucleares:
Cadena Protón Protón:
1.- Se utilizan dos pares de Protones para hacer dos átomos de Deuterio.
2.- Cada átomo de Deuterio se combina con un Protón para formar un átomo de Helio-3.
3.- Dos átomos de Helio-3 se combinan para formar Berilio-6 que es inestable.
4.- El Berilio.6 se transforma y produce dos átomos de Helio-4.
Estas reacciones producen partículas (Protones, electrones, neutrinos y positrones) de alta energía y radiaciones de luz (Rayos Gamma).
Cadena Deuterio-Deuterio:
Dos átomos de Deuterio se combinan para formar un átomo de Helio-3 y un Neutrón.
Cadena Deuterio-Tritio:
Un átomo de Deuterio y un átomo de Tritio se combinan para formar un átomo de Helio-4 y un Neutrón. La mayor parte de su energía escapa en forma de un Neutrón de alta velocidad.
En realidad efectuar las reacciones de fusión en un Reactor no son difíciles, el problema es como controlarlas en forma no destructiva.
Condiciones para la fusión nuclear:
Para efectuar una fusión de Hidrógeno, deben juntarse sus núcleos, pero cada Protón del núcleo trata de repeler al otro por tener cada uno una carga eléctrica positiva.
Para lograr la fusión debe vencerse esta fuerza de repulsión.
Temperatura alta.- O sea alta velocidad para lanzar un núcleo a alta velocidad contra el otro y de esta forma vencer la fuerza de repulsión. La fusión requiere de temperaturas del orden de 100 millones de grados Kelvin.
A estas temperaturas el Hidrógeno deja de ser gas y se convierte en plasma. Plasma es un estado de alta energía de la materia en la cual los electrones se separan de las órbitas delos núcleos y vagan libres entre ellos.
En las estrellas estas temperaturas se alcanzan, pues debido a su tamaño tienen gran fuerza de gravedad que comprime su masa en el centro de la estrella.
En el laboratorio se pueden producir estas temperaturas con microondas, lasers y partículas iónicas.
Presión alta.- Que comprima los átomos hasta una distancia menor de 1*10-15 metros.
Las estrellas tienen su gran masa y fuerza de gravedad que comprimen sus átomos en el centro a estas presiones.
En el laboratorio podemos producir estas presiones utilizando campos magnéticos poderosos, rayos laser de alta intensidad y emisores de iones.
Con la tecnología actual solamente se puede obtener en el laboratorio presiones y temperaturas suficientes para efectuar la cadena Deuterio-Tritio.
La temperatura de la fusión Deuterio-Deuterio requiere mayor temperatura que la lograda hasta ahora. Esta reacción es mejor porque produce más energía y además es más fácil extraer Deuterio del agua del mar que hacer Tritio del Litio.
Confinamiento.
Hasta ahora hay dos formas para producir las temperaturas y presiones necesarias para que tenga lugar la reacción de fusión del Hidrógeno:
Confinamiento magnético.-
Utiliza campos eléctricos y magnéticos para calentar y oprimir el plasma de Hidrógeno. El proyecto ITER de Francia utiliza éste método.
Confinamiento inercial.-
Utiliza rayos laser y de iones para calentar y oprimir el plasma de Hidrógeno. Científicos del "National Ignition Facility" del laboratorio de Lawrence Livermore, utilizan éste método.
Como trabaja el confinamiento magnético:
Microondas, electricidad y partículas neutras de un acelerador de partículas calientan un chorro de gas de Hidrógeno. El calentamiento convierte al gas en plasma que es comprimido por electroimanes con bobinas seperconductoras, permitiendo que ocurra la fusión. La forma más adecuada para contener y confinar dicho plasma es una toroide .
