Física nuclear 3 min de lectura

¿Qué es la fusión nuclear y cómo funciona este proceso energético?

Descubre qué es la fusión nuclear, cómo se produce en las estrellas, sus avances históricos y los retos tecnológicos para la generación de energía limpia.

En pocas palabras

  • La fusión nuclear une núcleos atómicos ligeros para formar un núcleo más pesado, liberando grandes cantidades de energía.
  • El Sol y otras estrellas generan su calor y luz mediante reacciones de fusión de hidrógeno en helio en sus núcleos.
  • El logro científico del punto de equilibrio de fusión se alcanzó en diciembre de 2022 en el National Ignition Facility (NIF).

¿Qué es la fusión nuclear y cómo funciona este proceso energético?

En el campo de la física nuclear, la fusión nuclear es una reacción en la que varios núcleos atómicos se unen para formar un núcleo más pesado. Este proceso libera o absorbe energía debido al defecto de masa y se encuentra en el centro de la física estelar y de la investigación energética contemporánea.

¿Qué es exactamente la fusión nuclear y cómo se produce?

La fusión nuclear es un proceso exotérmico cuando ocurre entre átomos más ligeros que el hierro y endotérmica si involucra elementos más pesados. Para que los núcleos se unan, deben vencer las fuerzas electromagnéticas de repulsión mutua, lo cual requiere temperaturas extremas donde la materia adquiere el estado de plasma.

Fusión de deuterio con tritio generando helio y un neutrón
Fusión de deuterio y tritio, produciendo helio-4, liberando un neutrón y generando 17,59 MeV de energía cinética.

Cómo funciona la fusión nuclear en el núcleo de las estrellas?

En la naturaleza, estas reacciones ocurren de forma natural en el núcleo de las estrellas debido a las elevadas temperaturas y presiones. La fusión de núcleos de hidrógeno en helio constituye la principal fuente de energía estelar y el motor de la nucleosíntesis que crea elementos pesados.

El Sol como estrella de la secuencia principal
El Sol es una estrella de la secuencia principal que libera energía mediante la fusión nuclear de hidrógeno en su núcleo.

Cuál es el papel de la curva de energía de enlace nuclear?

La energía de enlace por nucleón aumenta con el tamaño del núcleo hasta llegar al hierro y al níquel, momento en el cual desciende. Esto determina qué elementos liberan energía al fusionarse y cuáles requieren aportes energéticos adicionales.

Curva de energía de enlace nuclear
La formación de núcleos con masas de hasta hierro-56 libera energía según la curva de energía de enlace.

Cuáles son las principales cadenas de reacción en la fusión estelar?

Dependiendo de la masa de la estrella, predominan diferentes mecanismos de conversión energética. La reacción protón-protón domina en astros pequeños o medianos, mientras que el ciclo CNO predomina en estrellas más pesadas.

Reacción protón-protón en cadena
Esquema de la reacción protón-protón en cadena, rama I, predominante en estrellas del tamaño del Sol.

Cómo se intenta controlar la fusión nuclear en la Tierra?

Los científicos investigan la generación de energía eléctrica mediante métodos controlados de confinamiento de plasma. Los dos enfoques principales son el confinamiento magnético, representado por proyectos internacionales como el ITER, y el confinamiento inercial mediante láseres.

Interacción nuclear fuerte frente a fuerza electrostática
A distancias cortas, la interacción nuclear fuerte supera la repulsión electrostática, permitiendo la fusión.

Sources & Further Reading

Palacios, Sergio (2015). «Que 100 años no es nada… o por qué aún no tenemos una central nuclear de fusión». Cuaderno de Cultura Científica.

Fernández-Cosials, Kevin et al. (2017). Curso Básico de Fusión Nuclear. Madrid, España: Jóvenes Nucleares.

Eddington, A. S. (1920). «La constitución interna de las estrellas». The Scientific Monthly, 11(4): 297-303.

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