20 nov. 2011

La antimateria será la fuente de energía del futuro

La energía producida por la reacción de la antimateria con la materia, denominada aniquilación, produce un valor muy superior a la aportada por la fisión nuclear o incluso la fusión nuclear. Crear un reactor que funcione con antimateria sería el logro más importante en concepto energético que la humanidad podría aspirar. Pero, ¿cómo lograrlo? ¿Es factible construir un reactor de antimateria? La respuesta de los científicos es que es completamente factible crear un reactor donde la antimateria, por ejemplo positrones, se aniqiule con la correspondiente materia, electrones, para generar una enorme cantidad de energía. Esta energía está formada por fotones de rayos gamma.
El problema consiste en generar la antimateria y confinarla en un recipiente alejada de la materia. Esto aparentemente resulta ser un problema similar a lograr los Criterios de Lawson en la fusión nuclear.


Para confinar antimateria (por ejemplo antiprotones o positrones) se requiere de un recipiente con un vacío total y mediante un poderoso campo magnético formar una especie de bola de antimateria o un toro (un donut). Ésta luego se tiene que dirigir hacia el recipiente de reacción (usando también campos electromagnéticos) donde al encontrarse con la materia se aniquilarán mutuamente generando energía. El resto es similar a cualquier reactor de fisión. Con esa energía se calienta agua cuyo vapor mueve una turbina y etcétera.
El hecho de que el hombre busque nuevas formas de obtención de energía se debe a hechos muy conocidos como la contaminación, la pérdida de recursos no renovables, el aumento constante de los requerimientos energéticos y demás.
Por ejemplo, los problemas ocasionados por los desastres nucleares han ido generando cada día más controversias acerca de si la fisión nuclear es realmente rentable. Un reactor de fisión nuclear genera muchísima más energía que una central de combustión de carbón o petróleo, pero en caso de destruirse accidentalmente la contaminación que produce supera ampliamente a cualquier otra forma de desastre ocasionado por el hombre. Es decir, la fisión de un gramo de uranio-235 genera la misma energía que la combustión de 2,5 toneladas de carbón, pero en caso de accidente contamina miles de veces más (el grado de contaminación es muy difícil de estimar).

Si se quiere entender cómo afecta la energía de fisión nuclear al medio ambiente basta con consultar sobre los desastres de Three Mile Island/Harrisburg, Chernobil o Fukushima.

El problema de una contaminación de carácter atómico, en comparación con una contaminación química, es la gran perdurabilidad en el medio ambiente. Un desastre nuclear (a partir de reactores de fisión) vierte desechos radiactivos al medio que perduran por miles de años.

Un reactor de fusión nuclear es mucho más rendidor desde el punto de vista energético que uno de fisión, y su grado de contaminación (radioactiva) es prácticamente nulo. La fusión nuclear es aproximadamente 7 veces más rendidora que fisión nuclear. De modo que a igual masa, libera 7 veces más energía. El gran problema es que parece ser que no se logrará en el mediano plazo. El inconveniente principal es llegar a las temperaturas de fusión en laboratorio (del orden de los cien millones de grados) y mantenerlas el tiempo suficiente como para que el combustible nuclear, formado principalmente por isótopos del hidrógeno, sea comprimido a determinada densidad. Estos tres fenómenos, que englobados se denominan Criterios de Lawson, han resultado ser metas imposibles de cumplir al mismo tiempo.

Por eso los científicos apuntan ahora a la reacción con antimateria para generar energía. Para comprender la energía liberada por la antimateria cuando se aniquila con su correspondiente materia, la podemos comparar con la fisión y la fusión. La fisión rinde aproximadamente 0,85 MeV (mega electrón voltio) por uma (unidad de masa atómica), la fusión 6,5 MeV por cada uma, la antimateria rinde la espectacular cifra de 938 MeV por cada uma.

Este valor es inimaginable. Si hacemos reaccionar un gramo de electrones con un gramo de positrones, se generan 9,1E13 Joules. Si tomamos el consumo promedio de un hogar en 500 kWh al mes, con la energía liberada por esos dos gramos (1 gramo de materia más 1 gramo de antimateria) se mantendría ese hogar eléctricamente abastecido por 4213 años. O, dicho de otra manera, con esa energía producida por la antimateria se mantendrían eléctricamente abastecidos 50 000 hogares por un mes.

Por supuesto que se deberían tener en cuenta los rendimientos de las centrales. Es decir, no toda la energía que se produce en el reactor es aprovechada para generar electricidad. Mucha se pierde en forma de calor al medio. Los datos anteriores son con rendimientos del 100 %.

Habrá que esperar a desarrollos tecnológicos posteriores que permitan la construcción de estas centrales de antimateria. Por lo pronto, los científicos también están investigando sobre la creación de motores de antimateria para la producción de energía en viajes espaciales. El título del artículo es muy sugestivo, el tema es saber si se logrará en un futuro cercano o lejano.

Mariano Miguel Lanzi

4 comentarios:

angelc dijo...

Muy interesante, habrá que ver como producen la anti-materia.

Digame querido blogger, Cree usted que es posible producir una máquina que obtenga energía del campo del punto cero? Una máquina que produzca mas energía de la que consume?

Disculpe si la pregunta viene fuera de contexto, he escuchado que es posible, solo que por cuestiones politicas no se lleva a cabo, pues es energía libre.

Saludos!

Mariano Miguel dijo...

Hola angelc

Antes que nada muchas gracias por comentar y me alegro que le haya resultado interesante el artículo.
En lo referente a su siguiente párrafo es una pregunta que está muy en contexto. Según tengo entendido, la energía de punto cero es la energía más baja que un sistema cuántico puede poseer.Y siendo la energía fundamental o basal de dicho sistema, extraerla representaría una ganancia de energía casi gratuita. Esto es así porque el sistema cuántico no puede tener una energía menor a la del punto cero. El tema es si se puede despojar a un sistema mecánico cuántico de esta energía residual o Nullpunktsenergie. Porque de hacerlo lo dejaríamos sin energía basal, cosa que la cuántica no permite. Muy interesante el tema para profundizar.
Saludos y, ¡optime vale, valete et ceteri!

LIBRE PELIS dijo...

Interesante articulo, la pregunta que me surge que me parece que es la de muchos... ¿si en nuestro universo primó la materia, existirá un universo de antimateria?

Mariano Miguel L. dijo...

Muchas gracias señor LIBRE PELIS. Cabría esperar que si existen múltiples universos (o multiversos) como postula la cuántica, en algunos prevalescera la materia y en otros la antimateria, como menciona. Aunque me parece que debido a la simetría de ambas formas, si en nuestro universo hubiese quedado como sobrante la antimateria, nosotros llamaríamos a eso materia y a lo otro antimateria. Vale decir, el electrón en ese universo sería el positrón, al cual llamaríamos materia. Bueno, no sé si me expresé claramente. ¡Saludos cordiales!