Qué sucede en esta situación
En una reacción D–T no se unen átomos completos: chocan núcleos de deuterio y tritio. El resultado es un núcleo de helio-4, un neutrón y energía cinética repartida entre los productos.
Qué explica y qué no explica
Idea física: La energía liberada corresponde al defecto de masa entre reactivos y productos y no a la desaparición de protones o neutrones.
Condición: Se deben conservar carga y número de nucleones, y declarar la reacción y energía consideradas.
Límite: La ecuación de una reacción no demuestra por sí sola que un reactor produzca electricidad neta; también importan confinamiento, materiales y eficiencia.
Conexiones de la familia
Relaciona este concepto con Átomo, continúa con Protón y contrasta el alcance con Partículas elementales.
Fórmula principal
Δm es la diferencia entre la masa total en reposo de reactivos y productos.
Magnitudes, símbolos y unidades
| Magnitud | Símbolo | Unidad | Símbolo de unidad | Nota |
|---|---|---|---|---|
| Energía liberada | E | joule o electronvoltio | J, eV | Para D–T es aproximadamente 17,6 MeV por reacción. |
| Defecto de masa | Δm | kilogramo | kg | Masa inicial menos masa final en reposo. |
| Rapidez de la luz | c | metro por segundo | m/s | 299792458 m/s en el vacío, valor exacto. |
| Tasa de reacciones | R | por segundo | s⁻¹ | Número de reacciones por unidad de tiempo. |
Fórmulas derivadas
Defecto de masa
Δm=E/c²Procedencia: Despeje de E=Δmc².
Cuándo usarla: Cuando se conoce la energía liberada.
Energía total
E_total=N·E₁Procedencia: Suma de N reacciones equivalentes.
Cuándo usarla: Cuando cada reacción libera aproximadamente E₁.
Tasa ideal de reacciones
R=P/E₁Procedencia: P es energía por unidad de tiempo.
Cuándo usarla: Estimación ideal sin pérdidas ni conversión eléctrica.
Cómo analizar una reacción de fusión
Escribe los núcleos
Indica número de masa y número atómico de reactivos y productos.
Comprueba conservaciones
Suma nucleones y carga a ambos lados.
Convierte la energía
Usa eV o J de forma consistente y muestra el factor de conversión.
Declara el alcance
Separa energía por reacción, potencia térmica y electricidad neta de una instalación real.
10 ejemplos explicados de fusión nuclear
Cada solución avanza de la situación concreta a la interpretación del resultado. Comprueba los datos, las unidades y el sentido de la conclusión antes de continuar.
Reacción de deuterio y tritio
²H+³H→⁴He+n+17,6 MeV.
Problema: Escribe los reactivos y productos de la reacción D–T.
- Datos: Deuterio: 1p+1n; tritio: 1p+2n.
- Principio: Se conservan carga y número total de nucleones.
- Sustitución: 2 nucleones+3 nucleones→4 nucleones+1 neutrón.
- Cálculo: Se forma helio-4 y se libera un neutrón.
- Resultado: ²H+³H→⁴He+n+17,6 MeV.
- Interpretación: El producto libre es un neutrón, no un protón.
Conservación de nucleones
5 nucleones antes y 5 después.
Problema: Comprueba el número de nucleones en D–T.
- Datos: A(D)=2; A(T)=3; A(He)=4; A(n)=1.
- Principio: Suma los números de masa.
- Sustitución: 2+3=4+1.
- Cálculo: 5=5.
- Resultado: 5 nucleones antes y 5 después.
- Interpretación: La masa en reposo no se conserva exactamente, pero el número de nucleones sí en esta reacción.
Conservación de la carga
+2e antes y +2e después.
Problema: Comprueba la carga eléctrica de D–T.
- Datos: Cada núcleo de hidrógeno tiene +e; helio tiene +2e; neutrón 0.
- Principio: Suma las cargas de reactivos y productos.
- Sustitución: (+e)+(+e)=(+2e)+0.
- Cálculo: +2e=+2e.
- Resultado: +2e antes y +2e después.
- Interpretación: La reacción respeta la conservación de la carga.
Energía de una reacción D–T
E≈2,82×10⁻¹² J.
Problema: Convierte 17,6 MeV a joules.
- Datos: 1 eV=1,602176634×10⁻¹⁹ J.
- Principio: Multiplica la energía en electronvoltios por la conversión exacta.
- Sustitución: E=17,6×10⁶×1,602176634×10⁻¹⁹ J.
- Cálculo: E≈2,82×10⁻¹² J.
- Resultado: E≈2,82×10⁻¹² J.
- Interpretación: Una reacción produce poca energía macroscópica; una gran cantidad de reacciones produce un efecto considerable.
Defecto de masa equivalente
Δm≈3,14×10⁻²⁹ kg.
Problema: Calcula la masa equivalente a 17,6 MeV liberados.
- Datos: E≈2,82×10⁻¹² J; c=299792458 m/s.
- Principio: E=Δmc².
- Sustitución: Δm=E/c².
- Cálculo: Δm≈3,14×10⁻²⁹ kg.
- Resultado: Δm≈3,14×10⁻²⁹ kg.
- Interpretación: La masa final es ligeramente menor que la inicial; la diferencia aparece como energía cinética.
Diez elevado a veinte reacciones
E≈2,82×10⁸ J.
Problema: Calcula la energía de 10²⁰ reacciones D–T.
- Datos: E₁≈2,82×10⁻¹² J; N=10²⁰.
- Principio: E_total=NE₁.
- Sustitución: E_total=10²⁰×2,82×10⁻¹² J.
- Cálculo: E_total≈2,82×10⁸ J.
- Resultado: E≈2,82×10⁸ J.
- Interpretación: La escala macroscópica surge del número enorme de reacciones.
Reacciones para 100 MW
R≈3,55×10¹⁹ reacciones/s.
Problema: Estima cuántas reacciones por segundo corresponden a 100 MW térmicos.
- Datos: P=1,00×10⁸ J/s; E₁≈2,82×10⁻¹² J.
- Principio: R=P/E₁.
- Sustitución: R=(1,00×10⁸)/(2,82×10⁻¹²).
- Cálculo: R≈3,55×10¹⁹ s⁻¹.
- Resultado: R≈3,55×10¹⁹ reacciones/s.
- Interpretación: Es una estimación ideal de energía de fusión; una planta real tiene pérdidas y conversiones.
Temperatura del plasma
Del orden de 10⁸ °C en diseños D–T como ITER.
Problema: Decide si “varios miles de grados” describen un plasma de fusión D–T de reactor.
- Datos: La repulsión eléctrica exige energías térmicas muy altas.
- Principio: Las condiciones dependen del combustible, densidad y confinamiento.
- Sustitución: Compara miles de grados con más de 100 millones de grados.
- Cálculo: Miles de grados es una cifra insuficiente para este contexto.
- Resultado: Del orden de 10⁸ °C en diseños D–T como ITER.
- Interpretación: La temperatura por sí sola no garantiza fusión útil: también importan densidad y tiempo de confinamiento.
Una rama de fusión D–D
²H+²H→³He+n+3,27 MeV.
Problema: Escribe una posible reacción de dos núcleos de deuterio.
- Datos: Dos núcleos con A=2 y Z=1.
- Principio: Conserva A y Z en productos.
- Sustitución: A:2+2=3+1; Z:1+1=2+0.
- Cálculo: Helio-3, un neutrón y energía.
- Resultado: ²H+²H→³He+n+3,27 MeV.
- Interpretación: D–D tiene más de una rama posible; no debe presentarse una sola como resultado exclusivo.
El Sol y un reactor D–T
Ambos usan fusión, pero no la misma cadena principal.
Problema: Compara la fuente de energía solar con un reactor D–T.
- Datos: El Sol transforma hidrógeno en helio principalmente mediante la cadena protón-protón; los diseños terrestres suelen priorizar D–T.
- Principio: Comparte el principio nuclear y separa los combustibles y condiciones.
- Sustitución: Sol: cadena p–p; reactor: D+T.
- Cálculo: Son procesos de fusión distintos.
- Resultado: Ambos usan fusión, pero no la misma cadena principal.
- Interpretación: Decir solo “hidrógeno se une en helio” es una simplificación que debe acompañarse de esta diferencia.
Ahora te toca a ti
Ejercicio 1
¿Qué partículas produce la reacción D–T?
Comprobar respuesta
Respuesta: Un núcleo de helio-4 y un neutrón.
La reacción es ²H+³H→⁴He+n.
Ejercicio 2
Convierte 3,5 MeV a joules.
Comprobar respuesta
Respuesta: ≈5,61×10⁻¹³ J.
Multiplica 3,5×10⁶ por 1,602176634×10⁻¹⁹.
Ejercicio 3
Comprueba A en ²H+²H→³He+n.
Comprobar respuesta
Respuesta: 4=4.
2+2=3+1.
Ejercicio 4
Si 10¹⁵ reacciones liberan 2,82×10⁻¹² J cada una, ¿cuál es E total?
Comprobar respuesta
Respuesta: ≈2,82×10³ J.
E_total=NE₁.
Ejercicio 5
¿La temperatura alta por sí sola garantiza energía neta?
Comprobar respuesta
Respuesta: No.
También importan densidad, confinamiento, pérdidas y eficiencia del sistema.
Errores frecuentes
Error: Decir que el deuterio contiene un neutrón y un electrón.
Corrección: Su núcleo contiene un protón y un neutrón.
Los electrones no son nucleones del combustible nuclear.
Error: Afirmar que D–T libera un protón.
Corrección: El producto libre es un neutrón.
El otro producto es un núcleo de helio-4.
Error: Usar “varios miles de grados” como condición típica D–T.
Corrección: Habla de temperaturas del orden de 10⁸ °C y añade densidad y confinamiento.
La temperatura necesaria depende del sistema, pero la escala de miles es inadecuada para un plasma de reactor D–T.
Error: Multiplicar MeV por c² otra vez.
Corrección: Si la energía ya está en MeV, conviértela directamente a J.
E=Δmc² se usa cuando partes de una diferencia de masa.
Error: Confundir energía de fusión con electricidad neta.
Corrección: Distingue energía por reacción, potencia térmica y salida eléctrica.
Un reactor incluye pérdidas, calentamiento, conversión y consumo auxiliar.
Pon a prueba lo aprendido
Pregunta 1 de 10
La reacción D–T produce:
Pregunta 2 de 10
El núcleo de deuterio contiene:
Pregunta 3 de 10
El núcleo de tritio contiene:
Pregunta 4 de 10
La energía D–T aproximada es:
Pregunta 5 de 10
E=Δmc² relaciona energía con:
Pregunta 6 de 10
En D–T se conserva:
Pregunta 7 de 10
Un plasma D–T de reactor requiere temperaturas:
Pregunta 8 de 10
La potencia ideal se relaciona con la tasa R mediante:
Pregunta 9 de 10
La cadena principal del Sol es:
Pregunta 10 de 10
Una reacción de fusión exitosa implica electricidad neta de planta:
Resultado del test
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Preguntas frecuentes
La fusión une núcleos ligeros; la fisión divide un núcleo pesado. Ambas pueden liberar energía nuclear.
Un núcleo de helio-4, un neutrón y aproximadamente 17,6 MeV de energía cinética.
Para que una fracción suficiente de núcleos alcance energías capaces de superar la barrera eléctrica y fusionarse.
No. El Sol obtiene energía principalmente mediante la cadena protón-protón; D–T es una opción prioritaria para diseños terrestres.
No. Debe distinguirse una reacción o ganancia del plasma de la producción eléctrica neta de toda la instalación.
Fuentes y revisión editorial
Cómo citar este artículo
Editorial Ejemplode. (2026, 5 de August). Fusión nuclear: reacción, energía y ejemplos. https://www.ejemplode.com/fisica/fusion-nuclear/
Fuentes consultadas
- Fundamentals of Magnetic Fusion TechnologyCombustible D–T, productos, energías y temperatura del plasma.
- IAEA World Fusion Outlook 2023Tecnología, combustible y retos de la energía de fusión.
- NeutronsNeutrones de 2,45 MeV y 14 MeV producidos por fusión D–D y D–T.
- Inside the ITER MachinePlasma de deuterio y tritio y condiciones del reactor ITER.
- CODATA recommended values of the fundamental physical constants: 2022Masas y relaciones de masa de partículas.
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