En medio de una crisis energética mundial, laboratorios de todo el mundo buscan a la carrera hacerse del primer reactor de fusión nuclear para producir electricidad de manera inagotable, limpia, segura y barata. La meta parece más cercana hoy tras generarse, por primera vez, energía con ganancia neta, producida por esta tecnología aún esquiva
Desvencijada y bastante cascarrabias, la humanidad anda buscando –hace rato, sí, pero más recientemente con mucha desesperación– una energía verdaderamente inagotable, limpia, segura y sostenible. Un sol en casa, digamos. Pero el empeño no es tan sencillo como comprar una lámpara en un bazar de Agrabah, que se pueda frotar y esperar a cambio que cumpla nuestros deseos.
Por eso cae como una onza de oro el reciente anuncio sobre el acercamiento al primer reactor de fusión nuclear del mundo óptimo, luego de que investigadores de la Instalación Nacional de Ignición (NIF, sus siglas inglesas correspondientes) del Lawrence Livermore National Laboratory, de California, consiguieran la primera ganancia neta de energía producida por esta tecnología, indomable hasta hoy. Es decir, podrían haber conseguido el primer reactor de fusión eficiente de la historia.
Según adelantó el periódico británico Financial Times, para llevar a cabo el experimento se usó un proceso conocido como fusión por confinamiento inercial. Dicho en palabras más mundanas, se bombardeó una pequeña bola de plasma de hidrógeno (una esfera del tamaño de un guisante rellena con ese combustible) con el láser más grande del planeta, hasta conseguir las condiciones necesarias de una fusión. Sin embargo, esto sucedió durante una fracción de tiempo muy pequeña.
Sacudidos del asombro, podríamos suponer que en relativamente breve tiempo –lo que dura en pasar la ciencia de sístoles a diástoles–, aquellos países con la capacidad de domesticar esa técnica dispondrán de energía barata y limpia.De acuerdo con los resultados preliminares, en el experimento se habrían producido alrededor de 2.5 megajulios de energía, lo que equivale a 120 por ciento de los 2.1 megajulios de energía empleados por los láseres.
(Como su nombre indica, un megajulio equivale a un millón de julios. Para que se tenga una idea aproximada, un julio o joule –unidad derivada del Sistema Internacional utilizada para medir energía, trabajo y calor– es la energía necesaria para lanzar una naranja pequeña un metro hacia arriba).
A diferencia de la fisión nuclear, que es la separación de un núcleo de uranio en otros más livianos para liberar una gran cantidad de energía, la fusión nuclear es la combinación de núcleos ligeros para crear uno más grande y pesado, como el helio, que es, de alguna manera, cómo mismo se forma un sol. Dicho en lenguaje de tuit: si el primero divide, el otro une.
Hace 500 años, la civilización azteca creía que el Sol y toda su energía se sustentaban con sangre procedente de sacrificios humanos. Hoy sabemos que la energía del astro, así como la de todas las demás estrellas, proviene de una reacción denominada fusión nuclear.
Se conoce que las reacciones de fusión afortunadamente producen una cantidad de energía muy elevada: cuatro veces superior a las alcanzadas mediante fisión nuclear en plantas que ya son comunes.
Es por ello que resulta la primera tan simpática ante los ojos de los científicos, quienes han echado todos sus hierros neuronales para conseguir la base de los futuros reactores de fusión de dos núcleos ligeros (generalmente de deuterio y tritio, que son isótopos del hidrógeno) para formar uno más pesado.
Las plantas electronucleares que hoy conocemos, al margen de los accidentes que ya cargan en su ficha de antecedentes penales, manejan con bastante eficiencia la generación eléctrica gracias a la fisión. Pero los riesgos medioambientales que resultan de los casi imperecederos residuos radiactivos –y otros sustos, asociados a los vaivenes de la política y las fuentes de la materia prima necesaria– han puesto a pensar que es hora de encontrar nuevos derroteros.
El beneficio, claramente, ameritará el esfuerzo. Si se consiguiera replicar el Sol en la Tierra, la fusión nuclear podría proporcionar una cantidad prácticamente ilimitada de energía segura y asequible para satisfacer la demanda energética mundial, puesto que el hidrógeno es una fuente virtualmente inagotable y extremadamente barata.
Si lo antes dicho fuera insuficiente, sépase se puede producir todavía más energía por cantidad de combustible que en los reactores de fisión, tecnología que a pesar de estar bastante extendida, solo disfruta un grupo limitado de países.
Para la mochila
Es así que el reciente hito californiano se antoja como un paso fundamental para llegar a la ansiada meta. También abre las puertas para que la humanidad se aproveche del enorme potencial medioambiental de este tipo de energía, que no genera emisiones de carbono ni produce residuos radiactivos de larga duración.
Producir energía mediante la fusión de núcleos de hidrógeno es mucho más seguro que mediante la de fisión. Pensemos que si se deja de suministrar combustible al reactor, se detiene completamente la generación, como si se cerrara la hornilla de la cocina.
En cambio, los reactores de fisión, incluso una vez detenidos, continúan produciendo calor por la desintegración radiactiva. Esta ha sido la causa de las más sonadas tragedias nucleares civiles.
Aun así, el entusiasmo mediático desatado por el logro del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, ha sido un poco desmedido. Como sea, aún faltarían años para desarrollar centrales productoras de fusión nuclear.
Y es que lo alcanzado hoy aún está limitado al mundo del laboratorio. Solo existe un rayo de confinamiento como el de la instalación de ignición estadounidense (la NIF). Considerado como el más poderoso del mundo, este es un láser ultravioleta con una potencia de salida de 500 teravatios, es decir, 500 billones de vatios. Si traducimos esa cifra, representa mil veces la potencia que usa todo Estados Unidos en un momento cualquiera.
En el mundo real no, pero es fácil encontrarlo en la ciencia ficción. Una instalación como esa la vemos en la película de Stark Trek, en la nave Enterprise, donde se recrea el warp, un núcleo de curvatura con un ficticio sistema de energía basado en la reacción materia-antimateria y que proporciona la energía suficiente como para generar la distorsión del espacio-tiempo.
¡Vaya trabalenguas! Pero no se deje abrumar con esa enrevesada explicación, más literaria que científica. Mas, poco a poco, la vida práctica va acercándose a la ficción, al punto de que recientemente la NIF logró “estrujar” un diamante con una presión de cinco terapascales. Es decir, alcanzó una presión de hasta 50 millones de atmósferas, aproximadamente 14 veces la presión del centro de la Tierra.
Por tanto, sonrientes podemos echar esta tecnología en nuestra mochila de cosas útiles, prometedoras y alcanzables.
Pulseadas
Redondeemos lo dicho: por ahora se produce fusión en el núcleo las estrellas, donde las temperaturas son del orden de decenas de millones de kelvin. Pero artificialmente, debido a las condiciones de calor necesarias, el control de estas reacciones es un reto tecnológico aún no resuelto.
Quizás por eso los saltos inventivos en esta ciencia han sido más bien espaciados, desde que Mark Oliphant, en 1932, observó por primera vez la fusión de núcleos ligeros (isótopos de hidrógeno).
Como era de esperarse, la principal taquicardia investigativa se volcó hacia los fines militares en la década de 1940 como parte del Proyecto Manhattan, más no tuvo éxito tangible hasta 1952, año en que Estados Unidos hizo detonar Ivy Mike, la primera bomba de hidrógeno, en el atolón Enewetak del islote Elugelab. La enorme explosión desintegró el islote y el gigantesco hongo atómico alcanzó la estratósfera.
Secuestrada la ciencia entonces por la Guerra Fría, la prueba, descontada la comprobación del efecto devastador, tuvo un dudoso resultado estratégico –los ingenieros soviéticos se refirieron burlonamente a Mike como una «instalación termonuclear». Si acaso, el éxito mayor fue confirmar la existencia de los elementos predichos (pero no descubiertos) einstenio y fermio, una vez estudiados los residuos de la explosión.
Por su parte, el científico soviético Andréi Dmítrievich Sájarov diseñó, en 1950, una botella magnética, el Tokamak (acrónimo ruso para cámara toroidal con bobinas magnéticas), apropiada para confinar un plasma. Sus posteriores investigaciones sobre armas nucleares apartarían del proyecto a Sájarov.
Un año después, Lyman Spitzer Jr., de la Universidad de Princeton, Estados Unidos, introdujo el Stellarator, otro mecanismo de confinamiento magnético.
Echada la pulseada entre Tokamak y Stellarator, en 1969 los científicos occidentales viajaron a Moscú con el objeto de estudiar el Tokamak de Sájarov. Allí descubrieron que el eslavo producía plasma más caliente y más denso que el neoyorkino y a partir de entonces el ganador comenzó a jugar un papel fundamental en la investigación mundial sobre fusión magnética.
En 1977, el láser Shiva intentó inducir la fusión mediante implosiones por láser, mas con esto comenzó un aparente silencio que se rompió en 2010. Ese año, la NIF tenía previsto comenzar sus experimentos de fusión de deuterio y tritio.
Mas fue en 2022 que se generó en la NIF, por primera vez, energía con factor de ganancia positivo en un experimento de fusión nuclear por confinamiento inercial.
En busca del sueño
Nadie, fuera de Francia, conocería el sureño municipio de Saint-Paul-lès-Durance si en su territorio, en la antigua finca de Caradache, no estuviera enclavado un centro de investigación sobre energía nuclear (fisión y fusión), nuevas tecnologías energéticas y biomasa.
Este laboratorio acoge además el ITER Tokamak, un megaproyecto de costo multimillonario que pretende reproducir en la Tierra la energía ilimitada que alimenta al Sol y las estrellas. Ya el montaje del reactor se inició en 2020 y se estima que las obras finalizarán en 2025.
Unos 24 000 millones de euros se están invirtiendo en este sueño que ya se inscribe como el quinto proyecto más costoso de la historia, después del Programa Apolo, de la Estación Espacial Internacional, del Proyecto Manhattan y del desarrollo del sistema GPS.
Desde luego, el ambicioso programa responde a un ahínco multinacional. Seduce. Iter significa “camino” en latín, lo cual románticamente indica la vía para conseguir la solución energética del mundo para usos pacíficos e innovadores.
Pero también son las siglas inglesas para su Reactor Termonuclear Experimental Internacional, lo que en términos terrenales significa el concurso y colaboración de experiencias, investigaciones y finanzas de siete socios: Unión Europea, Japón, Estados Unidos, Corea del Sur, India, Rusia y China, así como otras potencias científicas que participan indirectamente a través de ciertas agencias.
Dicho sea de paso, Estados Unidos y Japón habían reclamado para sí la sede de ese proyecto (España ya había perdido su candidatura ante Francia), y el desacuerdo fue tal que la Unión Europea amenazó con llevarlo adelante sin contar con los dos colosos. Hasta que, en 2005, finalmente se llegó a concertar la construcción de esa obra en la rural Caradache.
Por su parte, hace pocos meses, en plena crisis energética, el estadounidense Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, sus siglas en lengua inglesa), aseguró que el primer prototipo de reactor de fusión nuclear estará operativo en tres años.
El proyecto, nombrado SPARC, está siendo desarrollado por el MIT junto con la compañía CFS (iniciales en inglés para Sistema de Fusión para la Riqueza Común) y el conglomerado empresarial italiano Eni. El mismo, según lo anunciado, comenzaría a funcionar en una planta de Estados Unidos en 2025, aunque el prototipo no estaría conectado a la red eléctrica.
China, en tanto, tiene sus propias aspiraciones de generar energía mediante fusión nuclear a corto plazo.
Beijing ha aprobado ya la construcción de la planta de energía pulsada “más grande del mundo”, un reactor combinado de fusión y fisión con el que aspira a lograr resultados históricos. Su objetivo pasaría por generar energía con fusión nuclear en 2028 y que la instalación esté completamente operativa no mucho más tarde, hacia 2035.
“La ignición por fusión es la joya de la corona de la ciencia y la tecnología en el mundo actual”, ha dicho el reconocido profesor de la Academia China de Ingeniería Física (CAEP) Peng Xianjue, durante una conferencia online. Peng es uno de los nombres más destacados en el desarrollo de armas nucleares avanzadas de China.
Literariamente, el escritor cubano Héctor Zumbado nos presentó en un cuento al inventor del sol enlatado. cansado de ser incomprendido por los burócratas, el personaje se encolerizó, lanzó el bote de conserva y al romperse este, empezó a amanecer.
¿Estará la humanidad más cerca de alcanzar su gran sueño energético? ¿O despertará, en medio de la noche, por la burocracia y las guerras?
(Tomado de Bohemia)
