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Por Rafael Santiago Medina
San Juan, 24 ago (INS).- Los retos que tienen por delante los científicos en lo que concierne al confinamiento magnético en el método seguro y no contaminante de fusión nuclear son muy importantes y numerosos. Son dos los desafíos.
Por un lado están trabajando en el ámbito de la ingeniería de materiales para producir nuevos materiales que sean capaces de soportar las condiciones de trabajo que tienen lugar en el interior de un reactor de fusión nuclear.
El material del que estarán fabricadas las paredes del contenedor que alberga el plasma a altísima temperatura es crítico. Lo que los técnicos tienen claro es que su interior debe estar recubierto de litio, de manera que, al recibir el impacto del neutrón generado cuando se fusionan dos núcleos, uno de deuterio y otro de tritio, para producir helio, obtengamos un nuevo núcleo de tritio, un elemento que podremos reutilizar como nuevo combustible en el proceso.
Esto lo que indica es que, en realidad, la materia prima de la fusión nuclear está conformada por el deuterio y el litio, pero no por el tritio, que podemos obtener dentro de la propia reacción de fusión.
El siguiente reto está directamente asociado al campo magnético responsable de confinar el plasma dentro de la botella magnética. La temperatura del gas ionizado es tan elevada que, si toca las paredes del contenedor, las funde. Y, además, el plasma se enfría y la fusión se detiene. Por esta razón, es esencial que seamos capaces de controlar ese campo magnético con la precisión necesaria para evitar que las turbulencias provoquen que el plasma entre en contacto con las paredes del contenedor. Algo que aún no es posible hacer más allá de unos pocos segundos.
En 1997 los técnicos del JET (Joint European Thorus), en el Reino Unido, consiguieron confinar con éxito plasma a casi doscientos millones de grados durante dos segundos. Como resultado, se logró generar dieciséis megavatios de potencia, o, lo que es lo mismo, dieciséis millones de vatios, en tan solo dos segundos. Pasado ese tiempo, la reacción de fusión se volvió inestable y se detuvo.
Lo que los científicos pretenden es recrear la fuente de energía de nuestro Sol, aquí, en la Tierra. Y hacerlo no es nada fácil. Aunque se sabe cómo funciona, no se sabe todavía cómo hacerlo. Lo que se desconoce es cómo poder controlar con absoluta precisión las enormemente exigentes condiciones que son necesarias materializar para que la fusión tenga lugar.
Y es que en el interior de los reactores de fusión nuclear se manejan nubes de partículas que son sometidas a temperaturas cercanas a los doscientos millones de grados Celsius. Unas diez veces mayores que las del núcleo solar. Sin ellas, la fusión nuclear no tendrá lugar. En cualquier caso, lidiar con estas temperaturas es tan solo uno de los retos en los que están trabajando los científicos. A estos desafíos y otras cuestiones igualmente esenciales está dedicado este artículo.
Para llevar a cabo la fusión nuclear en los reactores experimentales que nuestros físicos e ingenieros ya han construido, se utiliza deuterio y tritio, dos isótopos del hidrógeno cuyos núcleos, al ser sometidos a temperaturas elevadísimas (cercanas a los doscientos millones de grados, como adelanté al principio del artículo), comienzan a fusionarse.
Es necesario alcanzar una temperatura tan monstruosa, sencillamente, porque es la forma de conferir a los núcleos de deuterio y tritio, que son los componentes del combustible nuclear, la energía cinética que necesitan para que sean capaces de vencer su repulsión natural, y puedan fusionarse, originando un núcleo de helio y un neutrón.
Lo que explica esa repulsión inicial es el hecho de que ambos núcleos tienen la misma carga eléctrica, que es positiva, pero si logramos conferirles una energía cinética muy alta incrementando la temperatura de las partículas, lograremos que se acerquen lo suficiente para que la energía nuclear fuerte, que es la que mantiene unidas las partículas en el núcleo atómico, sea capaz de vencer la repulsión eléctrica y la fusión de los núcleos de deuterio y tritio tenga lugar.
A esa nube de partículas que contiene el combustible nuclear a tan alta temperatura los científicos le llaman plasma, que será el nombre que utilizaremos en adelante en el artículo. Y manejar una sustancia a una temperatura tan alta es difícil. Dificilísimo, en realidad. Por esta razón, los grupos de investigación que están trabajando en fusión nuclear han desarrollado dos estrategias diferentes: el confinamiento magnético y el confinamiento inercial.
El primero de ellos, el magnético, pretende confinar el plasma en el interior de un campo magnético extraordinariamente potente cuyo objetivo es evitar que los núcleos de deuterio, tritio y helio, que se encuentran, como hemos visto, a una temperatura descomunal, toquen las paredes del contenedor, que no es otra cosa que el recipiente en el que están confinados. Si lo hacen corremos el riesgo de que el contenedor resulte dañado y de que se produzca una reducción de la temperatura que daría al traste con las condiciones necesarias para que la fusión tenga lugar.
El obstáculo no vencido todavía es que, aunque mantengamos el combustible a una temperatura muy elevada para que los núcleos se muevan en el gas ionizado, que es lo que realmente es el plasma, a unas velocidades muy altas, no hay la seguridad de que muchas de esas partículas vayan a fusionarse.
De hecho, los físicos recurren a un parámetro, conocido como criterio de Lawson, que es el producto del número de partículas que tenemos, la temperatura a la que están sometidas, o, por tanto, la velocidad a la que se están moviendo, y el tiempo que somos capaces de mantener esas condiciones en el sistema.
Este parámetro es el que indica a los científicos en qué medida pueden conseguir que las reacciones de fusión nuclear sean rentables desde un punto de vista energético. Esto significa que es necesario recrear las condiciones apropiadas para que la probabilidad de que los núcleos de deuterio y tritio se fusionen sea lo suficientemente alta, de manera que la energía requerida para que tenga lugar un número suficiente de fusiones sea menor que la energía que obtenemos como resultado de esas fusiones.
El Sol lo tiene mucho más fácil por una razón: su enorme masa le permite incrementar la presión a la que están siendo sometidos los núcleos de hidrógeno de su núcleo, y, por tanto, su densidad, mediante confinamiento gravitatorio tanto como para que esa combinación de presión y temperatura dé lugar de forma natural a la fusión nuclear de los núcleos de hidrógeno.
Al no poder recrear esa presión, los científicos se han visto obligados a trabajar con temperaturas muy superiores a las del núcleo del Sol. INS
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