Energía infinita: ¿cuánto falta para lograr la ansiada fusión nuclear?

Es uno de los mayores anhelos del mundo científico, la denominada fusión nuclear, que permitiría el acceso ilimitado a una fuente de energía imperecedera, un avance sin precedentes en la historia humana. 

"En física nuclear, fusión nuclear es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen y forman un núcleo más pesado. Simultáneamente se libera o absorbe una cantidad enorme de energía, que permite a la materia entrar en un estado plasmático", ilustra un artículo de Wikipedia, al respecto.

Hay casos notables, como el de China que logró en diciembre un récord con su sol artificial, como se conoce al reactor nuclear llamado Tokamak Superconductor Experimental Avanzado (EAST, por sus siglas en inglés), al lograr mantener la temperatura de plasma cerca de 70 millones de grados centígrados por 1.056 segundos, o 17 minutos y 36 segundos. 

No obstante, aunque este avance sienta una sólida base científica y experimental hacia el funcionamiento de un reactor de fusión, que en el futuro conduciría a una genuina revolución energética, es posible que la humanidad aún este lejos de alcanzar este objetivo. 

"Un reactor de plasma es capaz de reproducir las reacciones físicas que ocurren en el Sol y otras estrellas y utilizar el potencial de la fusión nuclear como fuente de energía ilimitada, limpia (no produce desechos radiactivos) y que no precisa un combustible no renovable como el uranio. Desafortunadamente, todavía existen grandes trabas para controlar esas reacciones", aporta Rt. 

Así, en el proceso de fusión nuclear dos núcleos atómicos ligeros se combinan para formar un solo núcleo más pesado y se emiten al mismo tiempo enormes cantidades de energía. Para poder fusionarse en nuestro Sol, estos núcleos necesitan colisionar unos contra otros a temperaturas altísimas (de más de 10 millones de grados Celsius), lo que es posible gracias a la inmensa gravedad del Sol, revela el Organismo Internacional de Energía Atómica (IAEA). 

De este modo, "para lograr en la Tierra el efecto que la enorme fuerza gravitatoria del Sol tiene sobre los núcleos (y que incrementa sus posibilidades de colisión), se precisan temperaturas superiores a los 100 millones de grados Celsius y una intensa presión para conseguir que el deuterio y el tritio (dos tipos de hidrógeno) se fusionen", sigue la agencia.

Según la IAEA, además se necesita "un confinamiento suficiente para retener el plasma y mantener una reacción de fusión durante un lapso lo suficientemente prolongado como para obtener una ganancia de potencia neta". 

Problemas  

Según analiza la agencia Rt, pese a que los experimentos han logrado recrear condiciones que dan pie a la fusión nuclear, aún hay que trabajar en mejorar las propiedades de confinamiento y la estabilidad del plasma resultante. Cualquier contacto del plasma con la pared del reactor hace que se apague de pronto sin causar daños graves a la pared. Esta característica los hace muy seguros, pero al mismo tiempo se ha vuelto el principal obstáculo para el desarrollo de este tipo de energía, porque el plasma caliente enrarecido es extremadamente difícil de mantener bajo control. 

Científicos e ingenieros continúan buscando nuevos materiales y tecnologías con miras a lograr una energía de fusión estable. 

Hasta ahora, se desarrollaron dos métodos para que la fusión se produzca: "El tradicional, denominado confinamiento magnético, se lleva a cabo en reactores de tipo tokamak (acrónimo ruso de 'cámara toroidal con bobinas magnéticas'), que utilizan imanes para presionar el plasma de las paredes de su contenedor, de modo que se pueda calentar a altas temperaturas por métodos externos. Por desgracia, este todavía tiene sus inconvenientes, pues la corriente eléctrica afecta el plasma y empeora su estabilidad", sigue la agencia.

Además, está el confinamiento inercial, proceso que usa potentes láseres para calentar y presurizar un material, y que hacen que los gránulos de combustible exploten al final. Así, y según los cálculos, este enfoque puede reducir los costos de energía exponencialmente en comparación con el calentamiento en reactores tokamak. Sin embargo, este método presenta un problema relacionado con las pérdidas tangibles de energía durante la operación del reactor. Cuando el proceso se acerca a la rentabilidad energética —cuando se obtiene más energía que la invertida para desencadenar la fusión— la reacción se vuelve inestable.

Hasta ahora el mayor reto es producir más energía de la que se ha invertido para que la reacción funcione y que esta se mantenga en el tiempo. 

¿La fusión está lejos? 

Durante las últimas décadas se lograron grandes avances en el control de las reacciones de fusión. En los años '60 del siglo XX, los expertos soñaban con mantener el plasma durante al menos unos segundos, cifras que ahora se multiplicaron, tal como demostró China en diciembre. En tanto, el megaproyecto Reactor Experimental Internacional Tokamak (ITER) que se construye cerca del Centro de Estudios Nucleares de Cadarache, en el sur de Francia, está concluido en un 75,8 % y busca demostrar que la rentabilidad energética sí es posible. 

Hasta ahora, el reactor de fusión más 'eficiente' es el de la instalación NIF (National Ignition Facility) del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, en California, EE.UU. Los expertos dieron recientemente un paso histórico al lograr con este reactor de confinamiento inercial "la ignición y la producción de energía autosostenible" tras obtener "plasma ardiente", según un estudio publicado esta semana. 

Así, el rendimiento generado en estos experimentos triplica el obtenido en ensayos anteriores. 

Sigue la agencia considerando que, de cualquier manera, "los reactores de fusión de todo tipo tienen otro problema. El tritio que requieren para funcionar se obtiene principalmente de manera artificial irradiando litio con neutrones en reactores nucleares. Se estima que cada gigavatio de energía de fusión generada requeriría de 56 kilogramos de ese isótopo al año, lo que tendría un costo altísimo si se tiene en cuenta que un kilogramo cuesta alrededor de 30 millones de dólares y solo se producen varios kilogramos al año en todo el mundo". 

Para sortear esta eventualidad, los especialistas consideran "multiplicar el tritio directamente en los reactores termonucleares, al igual que lo hacen en los reactores atómicos. Los neutrones que se forman como resultado de la fusión reaccionan con el litio en la cubierta de la cámara del reactor y lo convierten en tritio. Esta opción se probará en el ITER y, por tanto, todavía no hay certeza de que funcione según lo previsto".

En definitiva, todas estas variantes llevan a algunas personas a creer que la fusión controlada no es más que una quimera que podría perseguirse indefinidamente. En este sentido, Elon Musk dijo que "la fusión termonuclear no es necesaria" y que es más razonable mejorar las plantas de energía nuclear y construir tantas como sea posible, como bien publicó el medio Cnbc. 

Hasta ahora, cierra la agencia, "el problema de la radiotoxicidad de los desechos nucleares puede controlarse por completo mediante reactores de neutrones rápidos, aunque eso no exime a la energía nuclear de accidentes y no la hace conveniente para la futura expansión espacial, ya que esos vuelos requerirían toneladas de uranio. En este contexto, las centrales termonucleares parecen una fuente de energía para el futuro, ya que es poderosa, respetuosa con el medioambiente, segura y prácticamente inagotable". 

IAEA, Wikipedia, Iter.org, Rt, llnl.gov, Cnbc.