¿Cómo arde el Sol sin oxígeno? Así funciona la fusión nuclear

Ver imágenes del Sol al rojo vivo nos han hecho pensar en este astro como una gran fogata dentro del Universo, que arde por culpa de la combustión del oxígeno y el carbono. Pero en el espacio no hay oxígeno, ni tampoco trozos de carbono flotantes que puedan iniciar esta reacción como ocurre en la Tierra. Entonces, ¿cómo hace este astro para arder? Sencillo, usa hidrógeno.

Si queremos, podemos imaginar al Sol como una gran bomba de hidrógeno que produce calor a través de la fricción de sus moléculas. Esto mediante un proceso que se conoce como “fusión nuclear”, y que le ha devuelto al Sol su popularidad entre la comunidad científica. 

¿Qué es la fusión nuclear?

En palabras simples, la fusión nuclear es una reacción atómica que se produce cuando dos moléculas colisionan entre sí. Generalmente, estos átomos son gases ligeros como el hidrógeno que, al chocar, acaban por mezclarse, liberando miles de partículas de energía en el proceso. 

A diferencia de la combustión por carbono que generamos con las fogatas o el horno de cocina, la fusión nuclear es mucho más “austera”. No necesita moléculas de oxígeno o carbono adicionales al hidrógeno para generar calor. Así como tampoco produce agua o dióxido de carbono en el proceso, sino que se limita a generar helio. 

Por tanto, es un tipo de reacción energética no destructiva que puede funcionar indefinidamente, mientras los átomos de hidrógeno sigan chocando. De allí que nunca hayamos visto al Sol “apagarse”, como sí lo hacen las fogatas o los incendios forestales. 

¿Desde hace cuánto el Sol lleva realizando esta reacción?

Las reacciones de fusión nuclear en realidad son bastante comunes entre las estrellas. De hecho, se estima que desde su formación, hace más de 4 mil millones de años, el Sol siempre ha realizado este proceso de fusión para generar energía y mantenerse activo. Gracias al cual se produce la radiación electromágnetica que percibirmos desde la Tierra en forma de luz y calor. 

Existen varias razones por las que este astro realiza la fusión nuclear, más allá del hecho de que no hay oxígeno que pueda usar en el espacio.

Una de estas es porque el hidrógeno constituye alrededor del 99% de su masa. Si bien la fusión nuclear puede hacerse con cualquier tipo de átomo, es más común que se dé en moléculas con baja carga eléctrica como los átomos de hidrógeno. Con lo cual el Sol está “naturalmente” equipado para realizar este proceso. 

Además, la fusión nuclear en el Sol produce cuatro protones de helio. Otra molécula que tiene bajas posibilidades de reacción dentro del Sol. Por tanto, no amenaza al núcleo o la supervivencia del astro, como sí lo haría la combustión por carbono. 

Por no mencionar que las estrellas como el Sol generan campos magnéticos potentes, que someten a los átomos en su interior a grandes presiones. Por tanto, estos acaban por chocar entre sí tarde o temprano, iniciando la fusión nuclear alrededor de su núcleo. 

La fusión nuclear, un tipo de energía que todavía no está al alcance de todos

Si bien hace algunos años se desconocía esta reacción de fusión nuclear en el Sol, actualmente se ha convertido en un tipo de energía llamativa pra los científicos en la Tierra. Varios centros de de investigación alrededor del mundo han creado sus propios “soles artificiales”, intentando emular este proceso cósmico. 

No obstante, muchos de estos proyectos han fracaso o simplemente se han quedado estancados. No por falta de interés, sino porque producir energía nuclear no es tan sencillo como extraer gas haciendo fracking. Se necesitan tomar en cuenta dos requisitos previos al choque de hidrógenos.

Es necesario tener una base energética que permita que los núcleos se unan 

Existen dos fuerzas principales que actúan sobre la fusión nuclear en el Sol: la fuerza electromágnetica y la fuerza nuclear fuerte. Mientras que una genera repulsión, la otra incita a los átomos a chocar entre sí, por lo que se requiere de una presión mayor a estas fuerzas que tome el control y obligue a ambos átomos a unirse. 

Los científicos pueden lograr esto a través de la temperatura, utilizando aceleradores de partículas para calentar sus reactores tal como lo haría el núcleo solar. O haciendo uso del método de fusión térmica para calentar los átomos de hidrógeno hasta producir una sustancia más maleable como es el plasma. 

Sin embargo, deben ser muy cuidadosos en la cantidad de calor y la densidad el plasma que utilizan, para asegurar que el choque energético no destruya el reactor. 

La fusión nuclear debe realizarse en confinamiento

Aunque este proceso de fusión nuclear sea bastante natural para el Sol, no deja de ser una radiación atómica que se genera dentro de un núcleo. Por tanto, a menos que los cientificos quieran ser polvo estelar, deben construir estructuras de confinamiento que soporten las altas temperaturas y los choques de partículas en el interior. 

Inicialmente, los laboratorios utilizaban contenedores con refuerzos metalizados para realizar esta fusión. Pero pronto se dieron cuenta que el plasma podía escurrirse, así que desarrollaron dos nuevos métodos de confinamiento dentro de los llamados reactores de fusión, muy parecidos a las reacciones que ocurren dentro del núcleo solar: 

• El confinamiento inercial o FCI. En este los científicos usan una pequeña esfera compuesta por deuterio y tritio (isótopos de hidrógeno) para crear una capa densa alrededor del reactor, que no permita escapar a ninguna partícula.

• Y el confinamiento magnético o FCM. Por el contrario, este utiliza campos magnéticos alrededor del reactor para evitar que las partículas que libera el plasma salgan. 

¿Por qué es tan importante la fusión nuclear del Sol?

Si bien no todos podremos tener un reactor de fusión nuclear en casa, este tipo de proceso podría ser la clave para acabar con la crisis energética que está experimentando el planeta. Principalmente porque puede irradiar tanto luz como calor por sí solo, sin necesidad de consumir otros elementos químicos. 

Además, es mucho más eficiente que el resto de energías que se utilizan actualmente. Se necesitan más de 900 mil millones toneladas métricas de carbón al año para abastecer el consumo mundial de energía. Una cantidad que es cada vez más dificil de conseguir, pero que con el uso de la fusión nuclear podría reducirse considerablemente. Bastaría solo con emplear mil kilogramos de hidrógeno, de acuerdo con las estimaciones por supuesto, pues todavía los científicos no han dominado esta fusión nuclear que hace el Sol tan naturalmente.

Quién sabe cuánto más tendremos que esperar para producir pirólisis en el planeta Tierra. Es decir, reacciones energéticas que no consuman más el oxígeno que usamos para respirar y vivir en este mundo. Pero esperemos que sea lo más pronto posible, por el bien del planeta.

Referencias:

La energía nuclear, fusión nuclear https://www.csn.es/fusion-nuclear#:~:text=Un%20ejemplo

Why does the sun not run out of oxygen as it burns? https://www.wtamu.edu/~cbaird/sq/2015/03/20/why-does-the-sun-not-run-out-of-oxygen

Fusión nuclear en el Sol https://culturacientifica.com/2021/03/09/fusion-nuclear-en-el-sol/ 

If there is no oxygen in space how does the Sun burn https://lisbdnet.com/if-there-is-no-oxygen-in-space-how-does-the-sun-burn/