Ciencia

Línea de vida energética: el futuro de la fusión de combustible puede ser diez veces más abundante en la Tierra de lo que se pensaba

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Los isótopos son formas del mismo elemento que tienen el mismo número de protones en sus núcleos pero un número diferente de neutrones, lo que les da una masa atómica diferente.

El helio, por ejemplo, tiene nueve isótopos conocidos, aunque solo dos, helio-3 y helio-4, son estables, y el resto son radioisótopos de vida increíblemente corta.

De los isótopos estables, el helio-3 es particularmente buscado, con aplicaciones variadas, incluso como combustible para futuras plantas de energía de fusión nuclear, para criogenia y para imágenes médicas.

De hecho, el gas tiene tal potencial que desde finales de los años ochenta se han estado elaborando propuestas para ir a la Luna —donde se puede encontrar helio-3 en la superficie lunar— para cosechar el escaso recurso.

En su estudio, el geocientífico Dr. Benjamin Birner de la Institución Scripps de Oceanografía de la Universidad de California en San Diego y sus colegas en realidad no se propusieron buscar helio-3.

En cambio, el equipo se centró en la abundancia atmosférica de otro isótopo, el helio-4, que se libera durante la extracción y quema de gas natural.

El equipo explicó: “El gas natural se enriquece en helio-4 a partir de la descomposición radiactiva del torio y el uranio en la corteza terrestre.

«Por lo tanto, el uso de combustibles fósiles antropogénicos ha aumentado considerablemente la liberación de helio-4 de la corteza a la atmósfera por encima de la tasa de fondo natural».

El HELIO-3, combustible para futuros reactores de fusión nuclear, puede ser más abundante en la Tierra de lo que se pensaba (Imagen: Getty Images)

la superficie lunar

Ha habido mucho interés en extraer helio-3 de la superficie lunar, donde es más abundante (Imagen: Getty Images)

En teoría, dado que la mayoría de las fuentes de gas natural están menos enriquecidas en helio-3, se ha esperado durante mucho tiempo que la extracción de combustibles fósiles aumente lentamente los niveles atmosféricos de helio-4 al tiempo que disminuye la relación helio-3/helio-4.

Sin embargo, a pesar de esto, estudios anteriores han arrojado resultados aparentemente contradictorios: encontraron un indicio de una señal de helio-4 impulsada por humanos pero también una consistencia en la relación atmosférica helio-3/helio-4.

El Dr. Birner dijo: “La principal motivación fue resolver [this] controversia de larga data en la comunidad científica sobre las concentraciones de helio en la atmósfera”

En consecuencia, el equipo ideó una nueva técnica de espectrometría de masas de alta precisión que mejora la medición del helio-4 en la atmósfera en casi dos órdenes de magnitud.

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Una central eléctrica a gas

Helio-4, que se libera durante la extracción y quema de gas natural, en la foto (Imagen: Getty Images)

Un gráfico de los niveles cambiantes de helio-4/nitrógeno

El equipo encontró aumentos significativos en las concentraciones de helio-4 en las últimas cinco décadas (Imagen: Birner et al. / Nature Geoscience)

La nueva técnica funciona comparando, con un alto grado de precisión, las concentraciones atmosféricas de helio-4 con las de nitrógeno, un gas atmosférico común.

Dado que los niveles de nitrógeno en la atmósfera permanecen constantes, un aumento en la relación helio-4/nitrógeno molecular puede servir como indicador del aumento de la acumulación de helio-4 en la atmósfera y, por extensión, del consumo de combustibles fósiles.

Después de analizar 46 muestras de aire recolectadas entre 1974 y 2020, el equipo encontró aumentos significativos en las concentraciones de helio-4 en las últimas cinco décadas.

Específicamente, la concentración atmosférica del isótopo parece haber aumentado a una tasa promedio de alrededor de 39 mil millones de mol por año.

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El coautor del artículo y geoquímico de la Institución Scripps, el profesor Ralph Keeling, famoso por mantener la «Curva de Keeling», un registro diario de las concentraciones globales de dióxido de carbono en la atmósfera, dijo que el estudio es una «obra maestra de la geoquímica fundamental».

Aunque el helio en sí mismo es relativamente fácil de detectar en muestras de aire, explicó el profesor Keeling, nadie había tomado previamente medidas atmosféricas que fueran lo suficientemente precisas para confirmar el aumento atmosférico leve pero significativo.

Si, entonces, el helio-4 atmosférico está aumentando con el uso de combustibles fósiles pero la proporción de helio-3 a helio-4 se mantiene constante como concluyeron estudios anteriores, debe seguirse que la concentración de helio-3 atmosférico también está aumentando.

Sin embargo, queda por determinar exactamente de dónde proviene este isótopo potencialmente útil, aunque el equipo cree que puede ser hasta diez veces más común en la Tierra de lo que se pensaba anteriormente.

Dr. Benjamín Birner

El Dr. Birner dijo que puede haber ‘más helio-3 saliendo de la Tierra de lo que pensábamos anteriormente’ (Imagen: Erik Jepsen / UC San Diego)

El Dr. Birner dijo: «No lo sabemos con certeza, pero me pregunto si sale más helio-3 de la Tierra de lo que pensábamos anteriormente».

Si se pudiera localizar este suministro, añadió, “quizás se podría cosechar y [used to] alimentar nuestros reactores de fusión nuclear en el futuro”.

El profesor Keeling agregó: “El estudio pone de relieve una controversia en torno al raro isótopo de helio helio-3.

«Las implicaciones están lejos de ser claras, pero exige trabajo adicional».

Los hallazgos completos del estudio se publicaron en la revista Nature Geoscience.

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