Hito histórico en fusión nuclear

EE.UU logra por primera vez generar más energía de la que gasta en el proceso

El Laboratorio Nacional de Lawrence Livermore, fundado por la Universidad de California en 1952, ha logrado por primera vez una ganancia de energía neta en una reacción de fusión, lo que significa que el reactor ha conseguido generar más energía de la que ha costado llevar a cabo la operación. Hasta ahora, todos los experimentos habían resultado desalentadores porque se gastaba más energía en el proceso de la que después producía la fusión nuclear.

«Este es un gran día», ha descrito Jennifer M. Granholm, secretaria de Energía del Gobierno de Joe Biden. «Dicho simplemente, es uno de los logros científicos más importantes del siglo XXI», ha añadido, en presencia de miembros del Congreso y el Senado de EEUU.
La asesora científica del presidente de EEUU, Arati Prabhakar, ha explicado que aún queda por saber «cuán largo será el viaje» hasta que pueda emplearse energía de fusión a nivel de usuario. «Esa perspectiva está ahora un paso más cerca de un modo muy emocionante», ha confiado.

La ganancia de energía necesaria para que el avance se concrete en una producción sostenida de energía está aún lejos, han aclarado los responsables científicos del experimento. «Necesitamos al sector privado», han añadido, aunque «todos los pasos que se tomen» en el futuro contarán también con «financiación pública», en palabras de Kim Budil, directora del Lawrence Livermore.
Estamos, por tanto, ante una nueva e importante prueba científica de que es posible producir esta clase de energía sin gastar más de lo que consigue. Sin embargo, el camino hasta que se pueda crear a gran escala y distribuir para que llegue al usuario aún será largo y se topará con numerosos problemas en física nuclear, ingeniería y ciencia de los materiales, entre otros. No nos solucionará los problemas inmediatos que ha generado la invasión de Ucrania ni llegará a aún a los hogares. Tampoco librará al planeta del efecto de los gases acumulados durante toda la era la industrial. Pero es un logro que apunta hacia una solución futura que pondría fin a la crisis energética y la dependencia de los fósiles.

Uno de los principales obstáculos es reducir los costos y aumentar la producción de energía.
El experimento solo pudo producir suficiente energía para hervir entre 15 y 20 teteras y requirió US$3.500 millones.

Y aunque el experimento obtuvo más energía que la que puso el láser, esto no incluyó la energía necesaria para que los láseres funcionaran, que era mucho mayor que la cantidad de energía que producía el hidrógeno.

Los expertos coinciden en que aún falta al menos una década, probablemente varias, para que la promesa de una nueva energía de fusión limpia e inagotable sea una realidad cotidiana. Sin embargo, el nuevo anuncio podría multiplicar las inversiones y apuestas por esta tecnología, las cuales ya se habían disparado durante 2022 debido a la crisis provocada por la invasión de Ucrania.

Qué se hizo
El momento preciso en que cambió la historia de la investigación nuclear fue la mañana del pasado 5 de diciembre, en el National Ignition Facility (Instalación de Ignición Nacional) del Lawrence Livermore. En ese instante, 192 láseres gigantes proyectaron su intensísima luz sobre un pequeño cilindro, no mayor que una goma de borrar y relleno de hidrógeno congelado. Los rayos vaporizaron el cilindro y activaron el proceso, que contó con una pequeña bola de deuterio y tritio, las formas más pesadas del hidrógeno, para hacer posible la fusión.
Durante unas billonésimas de segundo, 2,05 megajulios de energía, equivalentes a menos de 0,5 kilogramos de trinitrotolueno (TNT), bombardearon la bola de hidrógeno, la cual, a su vez, generó neutrones como producto de la fusión, cuya energía ascendía al equivalente de un kilo y medio de TNT. Por primera vez en la historia, la fusión producía una ganancia neta. La entrega de 2,05 megajulios resultó en 3,15 megajulios de producción de energía de fusión (2,5 megajulios según otras fuentes). El primer gran objetivo hacia una fuente barata, limpia y renovable se había logrado. Ahora hará falta amplificar el proceso hasta poder industrializarlo.
En la llamada fusión por confinamiento inercial, el método empleado por el Lawrence Livermore, se bombardea una bola de plasma de hidrógeno, que es el material que se emplea para lograr la fusión y que debe ser contenido. En este caso, se ha bombardeado con el sistema láser más poderoso del mundo y, por primera se ha logrado una ignición por fusión, que es el punto en que una reacción produce energía para que el proceso sea autosuficiente.

La diferencia con los actuales reactores nucleares
Mientras que la fisión nuclear, con la que operan los actuales reactores, requiere dividir el núcleo del átomo, la fusión es el proceso por el cual se unen varios núcleos. Los dos grandes inconvenientes de la fisión, como son la seguridad y los residuos tóxicos de larga duración, quedarían solucionados con la fusión. O, al menos, así se espera, lo cual explica el gran interés científico, económico y social que despierta esta energía. Pero no será fácil. El gran obstáculo para su generación a gran escala es su coste, cuya superación está ahora un poco más cerca gracias al nuevo hito.
La fusión nuclear es la reacción que mantiene en marcha al Sol y las estrellas, y podría convertirse en una fuente limpia y segura cuando se superen los muchos retos que aún quedan por delante. Cuando así ocurra finalmente, el mundo será muy distinto al que habitamos hoy.
A diferencia de la fusión nuclear, la fisión no fusiona dos átomos ligeros, sino que divide un átomo pesado en dos o más átomos.

Todas las centrales nucleares del mundo utilizan reactores de fisión para generar electricidad. Francia, donde se encuentra ITER -Reactor Termonuclear Experimental Internacional-, obtiene el 70 por ciento de su energía a partir de la fisión nuclear. Sin embargo, la fisión nuclear no es una fuente popular de combustible en muchos países debido a las posibles emisiones de radioactividad en accidentes nucleares, como, por ejemplo, los de Chernóbil o Fukushima. La principal diferencia entre fisión y fusión es la radiactividad del combustible producido por ambos procesos, explica Akko Maas, responsable de conocimientos de ITER: «En la fisión nuclear, tanto el uranio utilizado como el plutonio producido son radiactivos. Y una vez que se les extrae la energía, todavía queda material radiactivo».
Ambas materias primas, consideradas las más eficientes para la energía de fusión, el deuterio no es radiactivo, mientras que el tritio sí; su radiación, sin embargo, es, en comparación, débil y de corta duración.
«Si se eligen los materiales correctamente, incluso a escala industrial, se puede limitar la radiactividad en la fusión de 100 a 200 años, que es mucho más manejable que los 40.000 años que observamos en la fisión nuclear», dice Maas.

Un sistema copiado al sol
Los rayos del sol y el calor que sentimos en la Tierra son el resultado de una reacción de fusión: el proceso tiene lugar en el núcleo del sol a temperaturas y presiones extremas. El reto en este caso es reproducir lo que está sucediendo en el núcleo solar, pero sin la presión originada por la atracción gravitatoria de la pesada masa solar.
Para lograr la fusión en la Tierra, deben calentarse los gases a temperaturas muy altas, alrededor de 150 millones de grados centígrados, una diez veces la temperatura del núcleo solar. Entonces, los gases se convierten en plasma, casi un millón de veces más ligero que el aire que respiramos.
Los investigadores de fusión han descubierto que crear un plasma, calentando una mezcla de deuterio y tritio, es la forma más sencilla de preparar un entorno en el que pueda tener lugar una fusión y, por lo tanto, generar energía.

En ITER, el plasma utilizado para los experimentos de fusión está confinado en un generador de energía llamado tokamak, delimitado por un fuerte campo magnético. Bajos estas condiciones extremas, las partículas de plasma chocan con rapidez y generan calor. Sin embargo y paradójicamente, la tasa de colisión, es decir, el efecto de calentamiento, disminuye a medida que la temperatura sigue aumentando.
Es como si el plasma se apagara en un momento determinado. Este es el mayor desafío al que se enfrentan los experimentos de fusión en todo el mundo.