El Deuterio
El deuterio es un isótopo estable del hidrógeno y, a diferencia del isótopo más común del hidrógeno (el protio), tiene un neutrón.
El deuterio está compuesto por un protón, un neutrón y un electrón.
En promedio, uno de cada 6420 átomos de hidrógeno es deuterio, por lo que este isótopo puede estar presente en las moléculas que contienen hidrógeno, como el agua. Por ejemplo, por cada metro cúbico de agua de mar hay unos 33 gramos de deuterio.
La concentración de deuterio varía en función del cuerpo de agua, y su análisis permite extraer conclusiones sobre su historia y origen. Este tipo de estudios se enmarcan en una ciencia que se denomina “hidrología isotópica” y abarca diversos ámbitos, desde la migración de los animales hasta la gestión de los recursos hídricos. El deuterio también tiene otras aplicaciones, como los estudios relacionados con la nutrición y la energía de fusión.
Estudios del ciclo del agua y el deuterio
Es posible hacer un seguimiento de las concentraciones de deuterio en el ciclo del agua; es decir, en los movimientos del agua en la superficie de la tierra, la atmósfera y las aguas subterráneas.
La composición isotópica del agua refleja la ubicación de donde procede y los lugares por los que ha pasado durante su ciclo. Gracias a esa composición, los científicos pueden, por ejemplo, calcular el tiempo que necesita un acuífero para recuperar determinados volúmenes de agua tras ser bombeado mediante un pozo. Con esos datos, las autoridades pueden formular políticas para mejorar la gestión y la protección de los recursos hídricos.
En este tipo de estudios también se puede analizar el agua que han ingerido los organismos. Los animales almacenan en su cuerpo moléculas de ese líquido, con unas concentraciones específicas de deuterio que permiten a los científicos deducir, entre otras cosas, su lugar de nacimiento. Para lograrlo, los expertos comparan la concentración de deuterio en una determinada parte del cuerpo del animal con una base de datos que contiene información sobre la concentración de deuterio en la lluvia de diferentes partes del mundo en diferentes momentos de la historia. Esta información se emplea para cartografiar las migraciones de los animales de un país a otro y formular políticas de conservación y protección de los lugares a los que viajan con fines reproductivos.
Estudios de nutrición y el deuterio
Mediante el estudio del deuterio presente en el agua de las diferentes partes o fluidos del cuerpo humano, es posible entender, por ejemplo: si los niños de una ciudad están aumentando de peso porque cada vez son más musculosos o porque cada vez tienen más grasa en el cuerpo, si una campaña de promoción de la lactancia materna está obteniendo los resultados esperados o si un sector de la población corre riesgo de ingerir demasiada vitamina A. Con esta información, las autoridades sanitarias pueden mejorar sus programas y campañas de salud relacionados con la nutrición.
Experimentos de fusión nuclear y el deuterio
La fusión nuclear es una reacción en la que dos núcleos atómicos ligeros se combinan para formar un solo núcleo, al mismo tiempo que se emiten enormes cantidades de energía. Es el tipo de energía que ocurre en el Sol y, si se lograra en nuestro planeta, a largo plazo podríamos generar electricidad de manera sostenible, económica y segura. Se prevé que una mezcla de deuterio y tritio —otro isótopo del hidrógeno que tiene dos neutrones— sea el combustible de las centrales de fusión nuclear. [1].
Es fundamental que para que una reacción nuclear se lleve a cabo los núcleos atómicos deben acercarse lo suficiente. El problema es que para que esto suceda se debe vencer la fuerza de repulsión de Coulomb una fuerza que a estas magnitudes es muy grande.
Cuando se aplica tanta energía que provoca altas presiones, temperaturas y una elevada densidad, los electrones de la sustancia se liberan de los núcleos y se transforma en plasma. Un estado de la materia complejo del que seguramente has escuchado hablar en otras ocasiones. Cuando se logra conseguir estas condiciones energéticas en la materia, la energía cinética es muy alta, lo que permite que se acerquen los núcleos lo suficiente como para vencer la fuerza de repulsión de Coulomb y se hace posible la fusión.
Energía de Fisión en el Sol y las Estrellas
El Sol y todas las estrellas son un enorme reactor de fusión. Están formados principalmente por H2 y cuando estos se unen forman átomos de helio (He). Recordemos que Dos átomos de H2 tienen una masa algo mayor que un átomo de helio, lo que hace que se libere gran cantidad de energía. Podemos analizarlo en la siguiente expresión.
Para que esta reacción pueda tener lugar se precisa una presión de 108 bares (posible dada la enorme masa del Sol, y las consecuentes fuerzas gravitatorias), una temperatura superior a 20 millones de oC y una densidad de 104 kg/m3.
Dentro del Sol, por cada segundo que pasa 564 millones de Tn de H2 se transforman en 560 Tn de He. La energía que resulta de esta transformación es transportada a la superficie del Sol e irradiada al espacio exterior. Si cuantificamos, la pérdida de masa que resulta de esta reacción sería de 4,3 millones de Tn por segundo. Esto supone que para consumir el 10% de su masa se precisan 6.000 millones de años.
A pesar de las tecnologías actuales y de todo el desarrollo tecnológico, conseguir estas condiciones en la tierra se vuelve muy complicado. Puede reducirse la complejidad si se utiliza Deuterio (Hidrógeno Pesado) y Tritio (Hidrógeno Superpesado). Con estas condiciones el inicio de la reacción 100 millones de oC y 100 billones de partículas por cm3, simultáneamente.
La Energía detrás de la bomba de Hidrógeno
La bomba de H2 es capaz de obtener esta cantidad de energía utilizando una explosión de fisión como detonante. La reacción deuterio-tritio es la más fácil de conseguir, ya que se requieren temperaturas relativamente más bajas. El deuterio 
es muy abundante en la naturaleza, encontrándose en una concentración de 30 g/m3 en el agua del mar; sin embargo, el tritio 
no se encuentra en estado natural, y se produce en una reacción nuclear a partir del litio natural, que sí es abundante en la naturaleza.
Al provocar la reacción, los neutrones fisionan el litio en helio y tritio, para posteriormente fusionarse al deuterio y el tritio y formar helio, liberando un neutrón y gran cantidad de energía.
La reacción deuterio-deuterio es más difícil de conseguir. En esta se produce helio y un neutrón, o también, tritio y un protón.
Potencial energético del Deuterio obteniéndolo del mar.
El potencial energético se podría decir que es incalculable, pero no lo diremos, hagamos unos cálculos rápidos basándonos en datos conocidos. En 1m3 de agua de mar contiene 1025 átomos de deuterio, con una masa de 34,4 g y una energía de 8 x 1012 julios. Esto equivale a; 300 Tn de carbón o 1.500 barriles de petróleo.
Resulta entonces que en 1 km3 de agua de mar equivale a 300.000 millones de Tn de carbón o 1.500 millones de barriles de petróleo. Como los océanos tienen 1.500 millones de km3 de agua, el empleo de 1% del deuterio del océano equivale a 500.000 veces la energía de todos los combustibles fósiles existentes.
El Tritio por otro lado, puede obtenerse a partir de la fusión de los átomos de litio, cuyas reservas también pueden considerarse ilimitadas.
Condiciones actuales y Aprovechamiento de la Fusión Nuclear
Actualmente, equipos de investigación se encuentran estudiando la forma de aprovechar esta fuente de energía. El proyecto (ITER en Francia) se encuentra actualmente en desarrollo y se pretende que para 2025 genere su primer plasma y las primeras operaciones con deuterio y tritio en 2035 [2].
[1]https://www.iaea.org/es/newscenter/news/Qué es el deuterio[2]https://esingenieria.pro/Energía Nuclear de Fusión y el potencial Energético del Deuterio
