Un sol en nuestras manos

Encender un pequeño Sol en la Tierra y utilizarlo como fuente de energía es el sueño de los físicos y de los ingenieros que trabajan en la «fusión nuclear». Esta fuente de energía, considerada limpia e inagotable por los investigadores, ha avanzado significativamente desde sus primeras expectativas. Los adelantos en la tecnología de fusión nuclear prometen revolucionar nuestra capacidad para generar energía sostenible y sin emisiones nocivas. Con proyectos como el ITER, en construcción en Cadarache, Francia, la comunidad científica avanza con pasos firmes hacia la materialización de esta visión.

21 de mayo de 2024

Acercándonos a la energía de las estrellas

El ITER funcionará mediante el mismo proceso que alimenta al Sol y las estrellas: la fusión nuclear. Se trata del fenómeno contrario que se utiliza en las centrales nucleares: la «fisión». En este último caso, la energía se libera cuando un núcleo atómico macizo se rompe en partes más pequeñas. La fusión deriva de la unión de núcleos ligeros (como el hidrógeno), que forman un núcleo más pesado (el helio).

La energía de la fusión

Cuanto más calor, más rápido se mueven los átomos. En el interior del Sol, la temperatura es de unos 10 millones de grados. Esto hace que los átomos de hidrógeno choquen a grandes velocidades y superen las fuerzas de repulsión electrostáticas entre sus núcleos (recuerda que los núcleos están cargados positivamente). De esta manera, los núcleos se fusionan. La fusión de dos átomos de hidrógeno producen un átomo de helio, más pesado. No obstante, la masa del átomo resultante es un poco más pequeña que la suma de las masas de los átomos de hidrógeno iniciales: una parte de la masa se ha perdido. ¿Dónde está? Se ha convertido en una gran cantidad de energía, tal como describe la fórmula de Einstein (E=mc²): la pequeña pérdida de masa (m), multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado (c²), resulta en una grandísima cantidad de energía (E) derivada de la fusión. Dado que cada segundo el Sol convierte unos 600 millones de toneladas de hidrógeno en helio, la cantidad de energía que se produce es enorme.

El secreto para confinar una estrella: el Tokamak

La fusión se produce en las estrellas a temperaturas de unos 10 millones de grados. Diversos científicos han afirmado haber generado «la fusión fría», es decir, haber inducido este proceso a temperatura ambiente. Pero estos experimentos no se han llegado a reproducir, hasta ahora. Por eso, el objetivo del ITER es generar una «fusión caliente»: conseguir llevar un gas (por ejemplo, una mezcla de deuterio y tritio, dos isótopos del hidrógeno) a la temperatura de 100 millones de grados, unas diez veces más elevada que la del Sol. En estas condiciones, el gas se convierte en «plasma», es decir, el cuarto estado de la materia (diferente del sólido, líquido o gaseoso), constituido por un conjunto de protones y neutrones. En este estado, es muy fácil que se produzca la fusión. Para llegar a la fusión, es necesario que dos núcleos atómicos se acerquen mucho, una condición muy difícil de conseguir, porque las cargas positivas se repelen. Para superar este efecto, es necesario que los núcleos choquen a gran velocidad. Eso se consigue aumentando la temperatura. Mientras que el Sol es capaz de retener el plasma mediante la gravedad, eso no es posible en un reactor. Para confinar el plasma, el ITER utilizará otra fuerza, la magnética. La sustancia se encerrará en una cámara en forma de rosca, que recibe el nombre de «tokamak».

Una fuente de energía limpia, segura y casi inagotable

Los reactores de fusión no se fundamentan en una reacción “en cadena”, como ocurre en los reactores normales, que tienen el riesgo de perder el control del proceso. En este caso sólo hay que cerrar el acceso del plasma y la reacción se detiene. Esta tecnología no sería únicamente ultrasegura, según sus promotores, sino también limpia. En efecto, en este caso no existiría el problema de los residuos nucleares. Sólo se activarían unas pequeñas porciones de tokamak, pero se podrían reutilizar después de 100 años. Por último, la energía de fusión promete ser virtualmente inagotable: un kilogramo de combustible de fusión produce la misma energía que 10 millones de kilogramos de combustible fósil, y sus constituyentes son más abundantes en el planeta (las reservas de tritio pueden durar miles de años y las de deuterio miles de millones). El cuello de botella de esta tecnología es el esfuerzo que representa llevarla de la viabilidad teórica a la aplicabilidad práctica. Este es el objetivo del ITER, previsto, si se consigue, para dentro de unas décadas. Por este motivo, algunos investigadores y ecologistas reclaman más inversión en este proyecto, dada la urgencia de los problemas del cambio climático y del calentamiento global. Por lo demás, los promotores del proyecto responden con optimismo. Indican que el índice de éxito de los experimentos en física de los plasmas ha observado un crecimiento constante en los últimos 40 años. El ritmo de crecimiento es comparable a la evolución en el campo de los transistores o de los aceleradores de partículas.

ESCRITO POR Michele Catanzaro