Un poquito de física para que no se diga (II)

En la anterior entrada lo había dejado prometiendo que más adelante explicaría la solución al problema de la fusión ¿verdad?. Bueno, me temo que dije una verdad a medias, algo para crear suspense, un final abierto (lo que en la jerga cinéfila-friki llamaríamos un “cliffhanger”). El caso es que no hay UNA solución al problema. Al menos no se trata de una ocurrencia genial que cualquier dia de estos se le pueda ocurrir a cualquiera mientras duerme bajo un manzano o se mete en la bañera, sino que más bien se trata de un proceso de refinar el entendimiento sobre una serie de fenómenos y de como utilizarlos en nuestro provecho. Me explico.

Volviendo a nuestros dos atomitos que se fusionan en uno más gordo parece imposible superar ese negativo balance energético, pero por suerte a nadie le interesa fusionar dos atomos, generalmente las cantidades de la vida ordinaria son de millones de átomos. Cuando tienes tal cantidad de átomos es como cuando tienes mucha cantidad de gente, todos interaccionan entre sí de muy diversas maneras y pueden ocurrir fenómenos que nos echen una mano, como por ejemplo, que los átomos se den energía unos a otros por lo que con poco que tú calientes puede ser que ellos solitos se basten para darse energía y que al final el balance total salga positivo. Sin duda prometedor. Y esa era la idea que se tenía en los primeros años: pon muchos átomos juntos y caliéntalos que ya se encargaran ellos solitos de mantenerse calientes. Pero como es lógico las cosas no son tan sencillas.

En este punto creo que antes de seguir adelante conviene intentar abandonar la imagen abstracta de los atomitos y hacerse una imagen más tangible de para qué se usa todo esto si se quiere entender por qué las cosas no son tan sencillas. Recordemos el propósito de todo esto, que no es otro que el de obtener energía eléctrica para nuestras casitas, de esa que le pagamos a Iberdrola o Unión Fenosa.  Esta electricidad se puede obtener de muchas formas, pero al final todo se reduce a mover turbinas. Uno mueve turbinas usando alguna fuerza motriz proporcionada por la madre naturaleza y con eso, por una serie de principios de electricidad y electrotecnia que no vienen al caso, consigue que luego al enchufar un cacharro en casa este funcione. Así que al final, pese a todo lo sofisticado y rimbombante de los átomos, núcleos, la relatividad y Einstein todo se reduce a encontrar una forma de mover lo más rápida y duraderamente  posible turbinas y ésta no es otra que calentando una masa ingente de vapor de agua que las desplace.  Eso es chavales, con todo lo cool y moderno que suena lo de energía nuclear y resulta que no es muy distinto de una caldera de vapor. Si con una fogata bajo la olla bastara para calentarla y mover las turbinas nos habríamos ahorrado el problema de raíz, lo malo es que la única forma de calentar tanta masa de agua que permita mover las turbinas con tanta potencia es a través del calorcete que producen las reacciones nucleares que expliqué en la anterior entrada.  Esto, en las polémicas centrales actuales, se hace por el mencionado proceso de fisión, que al final viene a ser colocar unas barritas de uranio u otro material que pueda, por sus caracteristicas, reaccionar de la mencionada manera (por ejemplo, plutonio) en una enorme cuba de agua y al calentarse las barras el agua también se calienta, se evapora y mueve las turbinas. Esto, sin tener en cuenta los inconvenientes de radiación y seguridad, es tremendamente comodo. Tenemos unas cuantas barras de metal, sólidas, manejables, recambiables,  a veces incluso reutilizables. Todo estupendo y maravilloso, de no ser por los inconvenientes antes mencionados.

Esto enlaza con lo antes comentado de que todo es cuestión de mantener a los átomos juntos y que ellos solos reaccionen y calienten la olla. Con barras de metal eso está chupado, pero el problema de la fusión es que los atomitos susceptibles de sufrirla no son metálicos, más bien se suelen presentar en estado gaseoso. Hablamos principalmente del hidrógeno y de su primo-hermano el deuterio (en realidad no son primos, son isótopos, parentesco que no existe entre las personas, pero sí entre los elementos químicos, y que no explicaré en detalle, quedaos con la copla de que es como otra variedad de hidrógeno). Alguno pensará que tampoco es tan complicado mantener cerrado un gas y calentarlo y que él solo reaccione si eso es todo lo que hace falta. Bueno, efectivamente, mantener un gas cerrado y calentarlo no plantea mucho problema y es cierto que si en un principio la cuestión principal de tener que dar más energía de la que obtenemos se arregla simplemente calentando el gas y mantenerlo lo suficientemente junto como para que “se dé energía a sí mismo” pues tampoco es para para tanto, ¿no?.  Evidentemente no es tan sencillo. Hay que pensar en la raíz de la cuestión de partida: para sacar energía de las reacciones de fusión hay que meter a su vez mucha energía. El gas debe calentarse tanto que de hecho deja de ser un gas.  La idea es muy simple, si tenemos un sólido y lo calentamos los suficiente pasa a tener otro estado y se convierte en líquido, de igual manera si calentamos un líquido lo suficiente se produce un nuevo cambio de estado y pasa a ser un gas. Hasta aquí nada nuevo, esto lo sabemos casi desde que íbamos en pantalones cortos. ¿Pero y si calentamos lo suficiente un gas? ¿Alguien se ha preguntado que ocurre entonces? Pues siguiendo nuestra línea de razonamiento ocurre un nuevo cambio de estado. Al calentar un gas a las enormes temperaturas que requiere la fusión las propiedades del gas son tan distintas que realmente ya no podemos hablar de un gas, tenemos otro estado de la materia al que llamamos plasma.

El plasma es un sistema tan complejo que requiere de toda una rama de la física para estudiar su comportamiento y que tiene aplicaciones tan variadas como los tubos fluorescentes o las teles (si chicos, no se llaman plasmas por nada) que serían los llamados plasmas fríos, hasta aplicaciones en astrofísica (ya que las estrellas y, en muchos casos, la materia interestelar se encuentran en estado de plasma) y por supuesto en fusión termonuclear.

De comprender la física del plasma, algo que no es en absoluto trivial y que aun tiene muchas cuestiones pendientes de resolver, depende la viabilidad de la energía de fusión. En próximas entradas intentaré que os hagáis una idea de lo que es un plasma y  por qué es tan dificil de mantenerlo caliente y atrapado.

Au revoir!

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~ por ultronilimitado en diciembre 17, 2010.

Una respuesta to “Un poquito de física para que no se diga (II)”

  1. muy interesante y esclarecedor. Gracias, porque uno nunca encuentra tiempo para aprender más de estas cosas.
    ¿Algo de física cuántica, please?

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