P. Rico-Secretaria de Energía federal detalla avances de la fusión nuclear

Por Rafael Santiago Medina

San Juan, 13 dic (INS).- La secretaria de Energía de Estados Unidos, Jennifer Granholm, y la subsecretaria de Seguridad Nuclear y Administradora de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear (NNSA), Jill Hruby, anunciaron hoy el avance logrado por científicos estadounidenses de la Instalación Nacional de Ignición del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, en California.

Éstos han producido con éxito, por primera vez en la historia, una reacción de fusión nuclear que ha dado lugar a una ganancia neta de energía.

Científicos confirmaron que el experimento superó el umbral de fusión, al entregar 2,05 megajulios (MJ) de energía al objetivo, lo que resultó en 3,15 MJ de salida de energía de fusión, demostrando por primera vez la base científica fundamental para la energía de fusión inercial.

La fusión nuclear se produce cuando se fusionan dos o más núcleos de átomos ligeros en uno más pesado o se presionan átomos de hidrógeno entre sí con tanta fuerza que se combinan para formar helio, lo que libera una enorme cantidad de energía y calor. A diferencia de otras reacciones nucleares, no crea residuos radiactivos.

El proyecto NIF crea energía a partir de la fusión nuclear mediante lo que se conoce como “fusión termonuclear inercial”. Un láser de 192 haces dirige una enorme cantidad de calor sobre una pequeña cápsula llena con combustible de deuterio-tritio.  El resultado es un entorno supercalentado de plasma, donde puede producirse la fusión.

La energía recogida de los neutrones y las partículas alfa se extrae en forma de calor, y ese calor es la clave para producir energía. El proceso de fusión crea helio y neutrones, que son más ligeros en masa que las partes de las que están hechos originalmente.

Mediante este proceso se genera un plasma que contiene enorme cantidad de energía. El plasma es un material supercaliente dotado de partículas con carga eléctrica, compuesto por iones positivos (núcleos atómicos) y por electrones que se desplazan libremente. El plasma tiene propiedades únicas que lo distinguen de los sólidos, los líquidos y los gases.

El calor sostenido por el proceso de fusión de los átomos produce esta energía que puede utilizarse para calentar agua, crear vapor y alimentar turbinas para generar energía. Todo ello requiere que la máquina que genera la reacción se caliente mucho. El plasma tiene que alcanzar al menos 150 millones de grados Celsius, 10 veces más caliente que el núcleo del sol.

El gran reto de aprovechar la energía de fusión es mantenerla el tiempo suficiente para que pueda alimentar las redes eléctricas.

Lo que lograron los investigadores del laboratorio en California fue producir más energía en una reacción de fusión que la empleada en provocarla, algo llamado ganancia neta de energía.

Los defensores de la fusión confían en que algún día pueda producir energía casi ilimitada y libre de emisiones de dióxido de carbono, lo que desplazaría a los combustibles fósiles y otras fuentes tradicionales de energía. Aún quedan décadas para producir energía con fusión que dé servicio a viviendas y negocios, pero los investigadores señalaron que, aun así, era un progreso significativo.

La ganancia neta de energía ha sido un objetivo esquivo, porque la fusión ocurre a temperaturas y presiones tan altas que es increíblemente difícil de controlar.

Controlar la física de las estrellas es increíblemente difícil. Ha sido un reto alcanzar este punto. No se ha logrado mantener el combustible caliente, porque éste termina filtrándose y enfriándose. Contenerlo caliente ha sido un gran desafío, y se han invertido miles de millones de dólares y décadas de trabajo en la investigación de fusión.

Los proyectos de fusión utilizan principalmente como combustible los elementos deuterio y en menor medida tritio, ambos isótopos de hidrógeno. El deuterio es abundante en el agua de mar y aunque el tritio es más raro y más difícil de obtener, se puede fabricar sintéticamente a partir del litio.

En la Tierra, al no disponer de las condiciones del Sol, se necesitan temperaturas superiores a los 100 millones de grados Celsius y una intensa presión para conseguir que el deuterio y el tritio se fusionen.

También se requiere 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, que se refiere a la relación entre la energía de fusión producida y la energía utilizada para calentar el plasma.

Actualmente, la mayor parte de la investigación sobre fusión nuclear se centra en un enfoque con base en un “reactor de confinamiento magnético”, como el Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER, por sus siglas en inglés) en Francia.

La otra forma usa un “reactor de confinamiento inercial” como el que se encuentra en la Instalación Nacional de Ignición de Estados Unidos, ubicada en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de California.

Este reactor utiliza los láseres más potentes del mundo para generar energía. Los láseres calientan las paredes interiores de un contenedor de forma cilíndrica chapado en oro, llamado hohlraum, donde se encuentra la cápsula que contiene la pastilla de combustible de deuterio y tritio.

La interacción entre el láser y el hohlraum genera rayos X, que calientan y comprimen la cápsula hasta crear un punto caliente en el centro de la pastilla en el que tienen lugar las reacciones de fusión. La energía recolectada de los neutrones y las partículas alfa se extrae como calor.

Contrario a la fusión nuclear, en la fisión, que es el método utilizado actualmente para producir electricidad, se divide un átomo más grande en dos o más pequeños. La fisión nuclear es el tipo de energía que alimenta los reactores nucleares de todo el mundo en la actualidad. Al igual que la fusión, el calor creado a partir de la división de átomos también se utiliza para generar energía.

Aunque la energía nuclear no produce emisiones de carbono, sí genera desechos radiactivos volátiles que deben almacenarse de manera segura y conllevan riesgos de seguridad. Accidentes nucleares en reactores de fisión se han producido a lo largo de la historia con resultados catastróficos de gran alcance. Mientras, la fusión nuclear no conlleva los mismos riesgos de seguridad, y los materiales utilizados para alimentarla tienen una vida media mucho más corta que la fisión. INS

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