Hace décadas que la fusión nuclear parece a la vuelta de la esquina, pero su llegada resiste y, aunque los logros experimentales se suceden, su aplicación parece esquiva.
23 de septiembre de 2021. Cuando las investigaciones en energía de fusión nuclear comenzaron a tomar cuerpo, los medios dirigieron su atención hacia ellas. Estaban tras la pista de una energía limpia, renovable y tremendamente poderosa, teóricamente capaz de dejar obsoleta a la fisión nuclear, el carbón o las renovables. Era una forma de resolver los problemas energéticos de la humanidad y conciliar la civilización hipertecnológica en la que vivimos con el cuidado de nuestro planeta.
La presión de los medios y la incapacidad de los expertos para ver el futuro dieron a luz el famoso plazo de los 20 años, el tiempo que tardaría en hacerse realidad la energía nuclear de fusión.
Sin embargo, aquellos 20 años pasaron hace 50 años y la tecnología de fusión nuclear no parece mucho más cerca que entonces. De hecho, de vez en cuando se siguen escribiendo titulares que siguen prometiendo una solución en dos décadas. La realidad es que científicos y tecnólogos comprenden lo difícil de estimar cuánto tiempo tardarán en obtener resultados.
En las investigaciones más humildes, cuando planean dar diminutos brincos refinando el conocimiento existente, es relativamente fácil calcular “cuánto queda”. Sin embargo, cuando hablamos de saltos de primer orden, de verdaderas revoluciones, uno nunca sabe cuántos baches le esperan por el camino. Por definición, se enfrenta a lo desconocido, y no se trata solo de cruzar un pasillo a oscuras, sino de atravesar un bosque con los ojos vendados.
1920 y un sueño
A principios del siglo pasado la energía nuclear era un sueño o, mejor dicho, dos sueños. Por un lado, estaba la fisión, la idea de que podían romperse átomos, haciendo que en el proceso liberaran gran cantidad de energía, rompiendo estos a su vez nuevos átomos en una reacción en cadena.
En 1954 aquella idea tomó cuerpo. Átomos de uranio especialmente cargados de neutrones (partículas de su núcleo que, en tales cantidades los volvían inestables) eran bombardeados con más neutrones, haciendo que los átomos de uranio se dividieran, liberando energía y más neutrones que a su vez desestabilizarían otros cuantos átomos de uranio, partiéndolos y manteniendo el proceso en el tiempo, como si fuera un efecto dominó.
Así tuvo lugar el 26 de junio de ese año en la central de Obnisk, suministrando por primera vez a la red electricidad obtenida mediante energía nuclear. Desde entonces, las centrales se han vuelto muchísimo más seguras y la obtención de energía se ha optimizado.
Como parte del mix energético, las centrales nucleares de fisión proporcionan un complemento interesante y que no emite más sustancias contaminantes que los residuos radiactivos, los cuales pueden ser almacenados y tratados de forma segura.
No obstante, ¿no sería fantástico encontrar una energía nuclear que no produjera residuos y que no dependiera de las limitadas reservas de uranio? De algún modo, ese era el otro sueño que nació a principios del siglo pasado, concretamente a partir del físico Arthur Eddington en 1920. Él no soñaba con partir los átomos, sino con lo contrario, con unirlos y su inspiración estaba en las estrellas.
El físico británico fue pionero al sugerir que las estrellas obtienen su energía a partir de reacciones nucleares en las que fusionan átomos de hidrógeno produciendo átomos de helio. Dicho de una forma muy simplificada: las condiciones de temperatura y presión de las estrellas fomentan que dos átomos venzan la fuerza electromagnética que los mantiene separados. Gracias a este proceso, llamado nucleosíntesis estelar, se crean nuevos elementos y, con la energía liberada por la fusión de dos átomos, se suministra suficiente energía al resto como para que continúe la reacción de fusión.
Las posibilidades de esta tecnología son incomparables, pero, por desgracia, siguen siendo solo eso, posibilidades, porque hay dos grandes problemas que todavía esperan solución.
Calor, presión y tamaño
No obstante, que no hayamos conseguido producir energía de fusión nuclear capaz de nutrir a la red eléctrica no significa que no hayamos llevado a cabo experimentos más modestos.
Los reactores nucleares de fusión buscan alcanzar principalmente dos condiciones. La primera es una altísima temperatura que, por ejemplo, puede producirse a pequeña escala concentrando la energía de varios láseres en un mismo punto. Esto consigue elevar notablemente la energía llevando a la materia calentada a un estado de plasma.
A medida que la materia se calienta sus átomos vibran con mayor libertad, siendo el gas más “fluido” que el líquido, por ejemplo. Sin embargo, a tales temperaturas los átomos se excitan tanto que sus electrones, las partículas de carga eléctrica que normalmente forman las capas exteriores de los átomos, quedan libres, pululando por el entorno y haciendo que el material alcance un estado conocido como plasma.
Por otro lado, este plasma se vuelve inestable y, para que la reacción de fusión se sostenga a sí misma y este quede contenido en la cámara toroidal (con forma de rosquilla) de un reactor es necesario emplear campos magnéticos. Una solución es la empleada por los reactores de tipo Tokamak, que consiste en inducir una corriente eléctrica en el propio plasma, confinándolo en el vacío y evitando que toque las paredes del receptáculo.
Por otro lado, los de tipo Stellarators emplean imanes que rodean las tubulares paredes del reactor creando otro campo magnético. Estos últimos son algo más estables, pero más difíciles de construir, más caros y mucho menos conocidos.
Un pequeño paso
Por ahora no hemos alcanzado el punto de inflexión que llevamos tiempo esperando y, aunque el arranque del ITER (Reactor Termonuclear Internacional Experimental) promete mucho, la realidad es que por ahora seguimos perdidos en problemas muy alejados de las aplicaciones energéticas de la fusión nuclear. De hecho, es relativamente frecuente ver cómo se proclaman grandes avances que, en realidad, son pequeños pasos consistentes en experimentos a pequeñísima escala.
Sin ir más lejos, hace menos de un mes se anunció que con 192 láseres, se había desencadenado una reacción de fusión en el hidrógeno contenido por una diminuta cápsula de oro. La reacción duró 100 billonésimas de segundo y, aunque produjo más energía que la recibida, parte de la energía que alimentaba los láseres no llegó a la cápsula, un 70% se perdió.
Esto significa que ni siquiera el experimento más novedoso ha conseguido producir más energía de la suministrada para producir la reacción de fusión. Y eso que hablamos de pruebas en condiciones de laboratorio y a pequeñísima escala. Así que, quién sabe cuánto durarán exactamente los 20 años que nos separan de una tecnología de fusión nuclear funcional. Puede que sean 240 meses o puede que tarde un siglo.
A pesar de lo que se plantea normalmente, la meta no es conseguir recrear las condiciones del Sol en un reactor nuclear, ni siquiera imitar su temperatura, de hecho, los cálculos apuntan a que habría que generar un calor muy superior al que podemos encontrar en el núcleo del sol para conseguir que la reacción de fusión sea estable.
El motivo, de forma simplificada y en pocas palabras, sería que el reactor tendría mucha menos materia con la que hacer la reacción de fusión y habría que compensar esta escasez relativa con temperaturas todavía mayores. Calentar grandes cantidades de Helio hasta alcanzar esas temperaturas es complicado, por no decir tremendamente endiablado. Por ese motivo algunos esfuerzos se orientan a desarrollar reactores de fusión fría, esto es, dispositivos capaces de crear y mantener reacciones de fusión nuclear a temperaturas y presiones que, si bien siguen siendo notablemente altos, son muy inferiores (y mucho más asequibles) que las aproximaciones más clásicas.
Tomado de: elmundoalinstante.com