Introducción a la ciencia I. Ciencias Físicas (102 page)

Y, cosa rara, éste no constituiría el primer empleo del hidrógeno como combustible. No mucho después de que se descubriese el hidrógeno y se estudiasen sus propiedades, se ganó un lugar como combustible químico. El científico estadounidense Robert Haré creó un soplete oxihidrílico en 1801, y la cálida llama del hidrógeno ardiendo en oxígeno ha servido a la industria desde entonces.

El hidrógeno líquido se ha empleado también como un inmensamente importante combustible en los cohetes, v se ha sugerido emplear el hidrógeno como un combustible particularmente limpio para generar electricidad, y en los automóviles eléctricos y vehículos similares. (En estos últimos casos, el problema radica en que aún subsiste la facilidad de explosión en el aire.) Sin embargo, a lo que se le ha atribuido una mayor importancia es al combustible de fusión nuclear.

La energía de la fusión es inmensamente más conveniente que la de la fisión. Kilo por kilo, un reactor de fusión suministrará diez veces más energía que un reactor de fisión. Medio kilogramo de hidrógeno, en fusión, producirá 35 millones de kilovatios-hora de energía. Además, la fusión dependerá de los isótopos de hidrógeno que pueden conseguirse con facilidad del océano en grandes cantidades, mientras que la fisión requiere el laboreo del uranio y del torio, una tarea comparativamente mucho más difícil. Asimismo, mientras la fusión produce cosas tales como neutrones e hidrógeno 3, que no se espera que sean tan peligrosos como los productos de fisión. Finalmente, y tal vez mucho más importante, un reactor de fusión, en el caso de un eventual mal funcionamiento, se colapsaría y desaparecería, mientras que la reacción de fisión puede escapar del control humano (una
excursión nuclear)
, produce un derretimiento de su uranio (aunque esto no ha sucedido hasta ahora) y expande peligrosamente la radiactividad.

Si la fusión controlada llega a ser factible, en ese caso, considerando la disponibilidad del combustible y la riqueza de la energía que produciría, proporcionaría un útil suministro energético que duraría miles de millones de años, mientras existiere la Tierra. El único resultado peligroso sería entonces la
contaminación térmica
, la adición general de energía de fusión al calor total que llega a la superficie de la Tierra. Esto elevaría levemente la temperatura y tendría unos resultados similares a los de efecto invernadero. También podría ser verdad de la energía solar obtenida por cualquier otra fuente distinta de la radiación solar que llega a la Tierra de forma natural. Las centrales de energía solar, al operar, por ejemplo, en el espacio, se añadirían al calor natural que alcanza la superficie terrestre. En uno u otro caso, la Humanidad debería limitar sus usos de energía o prever unos métodos para desembarazarse del calor de la Tierra en el espacio de una proporción superior a la natural.

Sin embargo, todo esto es sólo de interés teórico en el caso de que la fusión nuclear controlada pueda llevarse al laboratorio y convertirse en un práctico proceso comercial. Tras una generación de trabajos, aún no hemos alcanzado ese punto.

De los tres isótopos de hidrógeno, el hidrógeno 1 es el más común y asimismo el más difícil de forzar su fusión. Es el combustible particular del Sol, pero el Sol lo tiene en miles de billones de kilómetros cúbicos, junto con un enorme campo gravitatorio para mantenerlo unido y unas temperaturas centrales de muchos millones de grados. Sólo un pequeño porcentaje del hidrógeno dentro del Sol se halla en fusión en un momento dado, pero a causa de la vasta masa presente, incluso un pequeño porcentaje es suficiente.

El hidrógeno 3 es el más fácil de llevar a la fusión, pero existe en tan pequeñas cantidades y puede únicamente obtenerse con tan espantoso gasto de energía, que resulta desesperanzador pensar en él, por lo menos aún no, como un combustible práctico por sí mismo.

Esto nos deja al hidrógeno 2, que es más fácil de manejar que el hidrógeno 1 y mucho más común que el hidrógeno 3. En todo el hidrógeno del mundo, sólo un átomo de cada 6.000 es deuterio, pero eso es suficiente. Por lo tanto, existen 33 mil billones de toneladas de deuterio en el océano, lo suficiente para suministrar al hombre una amplia energía durante todo un previsible futuro.

Sin embargo, también aquí existen problemas. Esto puede parecer sorprendente, dado que las bombas de fusión existen. Si podemos conseguir que el hidrógeno se fusione, ¿por qué no podemos construir un reactor lo mismo que una bomba? Ah, para conseguir una bomba de fusión necesitamos el empleo de una bomba de fisión que sirva de ignición para el proceso. Y para construir un reactor de fisión, precisamos de una ignición más suave, obviamente, y debemos mantener la reacción dentro de un índice constante, controlado... y no explosivo.

El primer problema es el menos difícil. Fuertes corrientes eléctricas, ondas sónicas de alta energía, rayos láser, etc., pueden producir temperaturas de hasta varios millones de grados en muy poco tiempo. No existen dudas de que se conseguirían las temperaturas requeridas.

Mantener la temperatura mientras se consigue (como confiamos) que el hidrógeno esté en fusión constituye algo más dificultoso. Resulta obvio que ningún contenedor material resistiría un gas a unas temperaturas probablemente por encima de 100 millones de grados. O el contenedor se vaporizaría o el gas se enfriaría. El primer paso hacia una solución radica en reducir la densidad del gas muy por debajo de la presión normal, disminuyendo de esta forma el contenido calórico, aunque la energía de la partícula continuase siendo elevada. El segundo paso constituye un concepto de una gran ingenuidad. Un gas a una temperatura muy elevada tiene todos los electrones separados de sus átomos; se trata del
plasma
(término introducido por Irving Langmuir ya en los años 1930), compuesto por electrones y núcleos desnudos. Dado que se halla entonces formado enteramente por partículas cargadas, ¿por qué no emplear un fuerte campo magnético, que ocupara el lugar de un contenedor material para albergarlo? El hecho de que los campos magnéticos retengan las partículas cargadas y
atenacen
una corriente de las mismas unida, constituye algo conocido desde 1907, cuando se le llamaba
efecto de estricción
. Se intentó la idea de una
botella magnética
y funcionó, pero sólo durante un instante brevísimo (fig. 10.6). Las volutas de plasma en estricción en la botella, inmediatamente empiezan a ondear como una serpiente, se desintegran y desaparecen.

Fig. 10.6. Botella magnética cuy misión consiste en retener un gas caliente de los núcleos de hidrógeno (el plasma). El anillo se denomina toros.

Otro enfoque consiste en obtener un campo magnético más fuerte en los extremos del tubo, para que el plasma sea rechazado y se impida su desintegración. Esto también se mostró deficiente. Pero no del todo. Si un plasma a 100 millones de grados pudiese mantenerse en su sitio durante sólo cosa de un segundo, comenzaría la reacción en fusión, y la energía se extraería del sistema. Dicha energía se emplearía para hacer más firme el campo magnético y más potente, a fin de conservar la temperatura en el nivel apropiado. La reacción de fusión se mantendría a sí misma, y la misma energía producida serviría para conservarlo todo en funcionamiento. Pero el impedir que el plasma no se desintegre durante un segundo es mucho más de lo que aún puede realizarse.

Dado que la fuga de plasma tiene lugar con particular facilidad en el extremo del tubo, ¿por qué no eliminar los extremos del tubo, dando a éste una forma de anilla? Una forma particularmente útil diseñada es el tubo anilliforme («toro»), retorcido en forma de número ocho. Este mecanismo en forma de ocho fue diseñado, en 1951, por Spitzer y se le denomina
estellarator
. Un artilugio más utilizable fue el concebido por el físico soviético Lev Andréievich Artsimóvich. A éste se le denomina Cámara Magnética Toroidal, y se abrevia como «Tokamak».

Los físicos norteamericanos están trabajando asimismo con «Tokamaks» y, además, con un aparato llamado «Scyllac», que ha sido diseñado para mantener a los gases más densos y que, por tanto, requieren un período más breve de contención.

Durante casi veinte años, los físicos han estado aproximándose centímetro a centímetro a la energía de fusión. El progreso ha sido lento, pero no existen aún signos definitivos de haber llegado a un callejón sin salida.

Mientras tanto, aún no se ha dado con unas aplicaciones prácticas de la investigación acerca de la fusión. Unos sopletes de plasma que emitieran chorros a temperaturas de hasta 50.000 °C en absoluto silencio llevarían a cabo la función de los sopletes químicos ordinarios. Y se ha sugerido que el soplete de plasma es la unidad que menos desperdicios tendría. En su llama, todo —
todo
— se desintegraría en sus elementos constituyentes, y esos elementos estarían disponibles para reciclarlos y convertirlos de nuevo en materiales útiles.

[1]
Resulta importante añadir aquí que Narciso Monturiol, inventor catalán nacido en Figueres (1819-1885), construyó un submarino al que puso el nombre de Ictíneo, y que fue experimentado con éxito en 1859. También cabe dejar constancia de los trabajos en este campo de Isaac Peral, marino murciano nacido en Cartagena (1851-1895), que también inventó un barco submarino. Funcionaban con motores eléctricos sumergidos y diesel en la superficie. (N. del T.)

[2]
En honor a su descubridor —que, por humildad, dio a estos rayos el nombre incógnito de «X»—, cada día se tiende más a denominarse rayos Roentgen (por Wilhelm Konrad Roentgen, físico alemán) (N. del T.)

[3]
El helicóptero tuvo un precursor en el autogiro, ideado por el ingeniero e inventor murciano Juan de la Cierva y Codorniu. (N. del T.)

[4]
En realidad, cuatro personas han recibido dos veces el premio Nobel. Ver
Wikipedia.
(N. de Clío)

[5]
No se entiende lo que quiere decir el autor aquí. (N. de Luismi y Clío.)