La liberación de energía nuclear puede hacerse en el extremo bajo de la curva de energías de enlace (ver tabla adjunta) a través de la fusión de dos núcleos ligeros en uno más pesado. La energía irradiada por el Sol se debe a reacciones de fusión de este tipo que se generan en su interior a gran profundidad. A las monumentales presiones y temperaturas que existen allí, los núcleos de hidrógeno se combinan a través de una serie de reacciones que equivalen a la ecuación (1) y producen casi toda la energía liberada por el Sol. En estrellas más masivas que el Sol, otras reacciones llevan al mismo resultado.
La fusión nuclear artificial se consiguió por primera ocasión a comienzos de la década de 1930, bombardeando un blanco que contenía deuterio (el isótopo de hidrógeno de masa 2) con deuterones (núcleos de deuterio) de alta energía a través de un ciclotrón (véase Aceleradores de partículas). Para acelerar el haz de deuterones se precisaba una gran cuantía de energía, de la que la mayoría aparecía como calor en el blanco. Eso hacía que no se produjera una energía útil neta. En la década de 1950 sucedía la primera liberación a gran escala de energía de fusión, aunque incontrolada, en las pruebas de armas termonucleares desarrolladas por Estados Unidos, la URSS, Gran Bretaña y Francia. Una liberación tan breve e incontrolada no puede emplearse para la producción de energía eléctrica.
En las reacciones de fisión estudiadas con precedencia, el neutrón, que no tiene carga eléctrica, puede aproximarse sencillamente a un núcleo fisionable (por ejemplo, uranio 235) y reaccionar con él. En una reacción de fusión peculiar, en cambio, cada uno de los dos núcleos que reaccionan tiene una carga eléctrica positiva, y antes de que puedan acoplarse hay que rebasar la repulsión natural que ejercen entre sí, denominada repulsión de Coulomb. Esto ocurre en el momento en que la temperatura del gas es suficientemente alta, entre 50 y 100 millones de grados centígrados.
Los conflictos básicos para alcanzar las circunstancias para la fusión nuclear útil son: 1) calentar el gas a temperaturas tan altas; 2) confinar una cuantía suficiente de núcleos durante un tiempo lo bastante largo para asentir la liberación de una energía mayor que la necesaria para calentar y confinar el gas. Un conflicto importante que nace después es la captura de esta energía y su conversión en electricidad.
A temperaturas superiores a los 100.000 °C, todos los átomos de hidrógeno están ionizados. El gas está constituido por un conjunto eléctricamente neutro de núcleos con carga positiva y electrones libres con carga negativa. Este estado de la materia se denomina plasma.
Los materiales comunes no pueden contener un plasma lo suficientemente caliente para que se produzca la fusión. El plasma se enfriaría muy vertiginosamente, y las paredes del recipiente destruirían por las altas temperaturas. Pero, como el plasma está constituido por núcleos y electrones cargados, que se desplazan en tensión en torno a líneas de campo magnético penetrantes, el plasma puede contenerse en una zona de campo magnético de la forma adecuada.
Para que un dispositivo de fusión resulte útil, la energía producida debe ser mayor que la energía necesaria para confinar y calentar el plasma. Para que esta condición se cumpla, el producto del tiempo de confinamiento, t, y la densidad del plasma, n, debe rebasar el valor 1014. La relación t n ≥ 1014 se denomina criterio de Lawson.
Desde 1950 se han llevado a cabo copiosos proyectos para la confinación magnética de plasma en Estados Unidos, la arcaica Unión Soviética, Gran Bretaña, Japón y otros países. Se han observado reacciones termonucleares, sin embargo el número de Lawson fue pocas veces superior a 1012. Pero, uno de los dispositivos —el tokamak, sugerido inicialmente en la URSS por Ígor Tamm y Andréi Sajárov— inició a arrojar resultados prometedores a comienzos de la década de 1960.
La cámara de confinamiento de un tokamak tiene forma toroidal, con un diámetro interior de en torno a 1 m y un diámetro exterior de en torno a 3 m. En esta cámara se establece un campo magnético toroidal de unos 5 teslas a través de grandes electroimanes. La vehemencia de este campo es unas 100.000 veces mayor que la del campo magnético de la Tierra en la superficie del planeta. Las bobinas que cercan la cámara inducen en el plasma una corriente longitudinal de varios millones de amperios. Las líneas de campo magnético resultantes son tensiónes dentro de la cámara, que confinan el plasma.
Posteriormente a que en varios laboratorios funcionaran con triunfo tokamaks pequeños, a comienzos de la década de 1980 se cimentaron dos dispositivos de grandes dimensiones, uno en la Universidad de Princeton, en Estados Unidos, y otro en la URSS. En el tokamak, el plasma alcanza una temperatura elevada por el calentamiento resistivo producido por la inmensa corriente toroidal, y en los nuevos aparatos grandes, un calentamiento adicional a través de la inyección de haces neutrales debería hacer circunstancias de ignición.
Otra posible vía para hacerse con energía de la fusión es el confinamiento inercial. En esta técnica, el combustible (tritio o deuterio) está contenido en una pequeña bolita que se bombardea desde diferentes direcciones con un haz láser de pulsos. Esto genera la implosión de la bolita y desencadena una reacción termonuclear que causa la ignición del combustible. Los progresos en la pesquisa de la fusión son prometedores, sin embargo seguramente hagan falta décadas para realizar sistemas prácticos que produzcan más energía de la que consumen. Adicionalmente, las indagaciones son fuertemente costosas.
Pero, en los primeros años de la década de 1990 se realizaron algunos progresos. En 1991, se provocó por primera ocasión en la historia una potencia significativa (unos 1,7 MW) a partir de la fusión nuclear controlada, en el laboratorio de la Cámara Toroidal Conjunta Europea (JET, siglas en inglés), en Gran Bretaña. En diciembre de 1993, los entendidos de la Universidad de Princeton emplearon el Reactor Experimental de Fusión Tokamak para hacer una reacción de fusión controlada que provocó 5,6 megavatios. Pero, tanto el JET como el Reactor Experimental de Fusión Tokamak consumieron más energía de la que produjeron durante su funcionamiento.
Si la energía de fusión llega a ser practicable, brindaría las posteriores ventajas: 1) una fuente ilimitada de combustible, el deuterio proveniente de los océanos; 2) obstáculo de un accidente en el reactor, ya que la cuantía de combustible en el sistema es muy pequeña, y 3) residuos mucho menos radiactivos y más sencillos de manejar que los provenientes de sistemas de fisión.
— 58 visualizaciones.