La fusión nuclear pisa el acelerador, pero este punto no se lo anota ITER; se lo queda la fusión mediante confinamiento inercial

Durante los últimos meses ITER ha acaparado todas las miradas. El reactor de fusión nuclear que un consorcio internacional está construyendo en la localidad francesa de Cadarache, y en el que la Unión Europea tiene una participación muy importante, ha realizado progresos muy relevantes durante los últimos doce meses. Sin embargo, ITER no es la única baza de la humanidad para hacer posible la fusión nuclear comercial.

El propósito de estos reactores es fusionar los núcleos de deuterio y tritio que contiene el combustible con el que los alimentamos para obtener una enorme cantidad de energía. El subproducto de esta reacción es un núcleo de helio-4 ionizado y un neutrón de alta energía, que es la partícula que en última instancia utilizaremos para obtener electricidad.

Para hacerlo posible es preciso transformar la energía que contiene este neutrón (aproximadamente 14 MeV) en energía eléctrica mediante un proceso muy similar al utilizado actualmente en las centrales nucleares de fisión. A grandes rasgos este procedimiento consiste en calentar el agua contenida en un depósito hasta transformarla en vapor y aprovechar su energía cinética para generar energía mécanica mediante una turbina. Después se obtiene la energía eléctrica derivando esta energía mecánica a un alternador.

Dos estrategias: confinamiento magnético y confinamiento inercial

La estrategia que utiliza ITER para hacer posible la fusión de los núcleos de deuterio y tritio consiste en confinar el gas que los contiene en un campo magnético y calentarlo hasta que alcance una temperatura de 150 millones de grados centígrados. A esa temperatura los núcleos adquieren la energía cinética necesaria para vencer su repulsión eléctrica natural (ambos tienen carga eléctrica positiva, por lo que se repelen) y fusionarse. Este es el objetivo.

Los núcleos de deuterio y tritio se fusionan cuando el plasma alcanza una temperatura de 150 millones de ºC

Este procedimiento se conoce como fusión nuclear mediante confinamiento magnético, pero no es la única estrategia de la que disponemos para provocar que el deuterio y el tritio, que son dos isótopos del hidrógeno, se fusionen con el propósito de obtener una gran cantidad de energía. También existe otra estrategia conocida como fusión nuclear mediante confinamiento inercial.

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Esta última tecnología, a diferencia del confinamiento magnético, no recurre a un campo magnético de una potencia enorme para evitar que el plasma toque las paredes de la cámara de vacío que lo contiene. En lugar de utilizar una botella magnética lo que propone es usar una cantidad de combustible muy pequeña, en forma de pequeña bola de deuterio y tritio, y conseguir que implosione concentrando sobre ella de forma súbita la energía de una gran cantidad de láseres de alta potencia.

De esta manera el combustible se condensa con una violencia tremenda para lograr que la probabilidad de que los núcleos de deuterio y tritio se fusionen sea muy alta. Esta técnica está siendo desarrollada principalmente en Estados Unidos, y, aunque inicialmente arrojó buenos resultados, ha tropezado con dos problemas muy importantes: la rentabilidad energética, que es el punto en el que obtenemos más energía mediante la fusión que la que hemos invertido para desencadenarla, está aún lejos, y, además, la reacción se vuelve inestable de una forma inmediata.

Esta instantánea fue tomada durante la construcción del experimento NIF, a finales de los 90. La cámara esférica que podemos ver en ella tiene unas paredes de aluminio con un grosor de 10 cm.

1,3 megajulios representan un espaldarazo para la fusión por confinamiento inercial

La mayor parte de la investigación en fusión nuclear mediante confinamiento inercial se está llevando a cabo en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, situado en California (Estados Unidos). En el interior de estas instalaciones reside el experimento NIF (National Ignition Facility), que es, precisamente, el proyecto que persigue demostrar la viabilidad técnica y comercial de la fusión nuclear por confinamiento inercial.

Su construcción comenzó en 1997, y los primeros experimentos se llevaron a cabo en 2009 después de invertir en la puesta a punto de esta máquina, que aglutina nada menos que 192 láseres de alta potencia muy sofisticados, varios miles de millones de dólares. Las primeras pruebas relativamente exitosas se demoraron hasta 2014, pero la cantidad de energía generada mediante la reacción de fusión era muy baja, por lo que la rentabilidad energética quedaba aún abrumadoramente lejos.

El experimento del pasado 8 de agosto ha conseguido generar una enorme cantidad de energía, nada menos que 1,3 megajulios, en una ínfima fracción de un segundo

Desde entonces los científicos involucrados en NIF se han dedicado sobre todo a optimizar los láseres y el encapsulado que contiene el combustible, pero también han continuado haciendo pruebas. La última tuvo lugar el pasado 8 de agosto, y fue tan exitosa que estos investigadores, espoleados como confiesan ellos mismos por su entusiasmo, han decidido publicar hace tan solo unas horas el prometedor resultado que han obtenido.

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Y es que después de introducir en NIF los últimos ajustes que han ideado, entre los que merece la pena destacar la puesta a punto de un encapsulado de diamante que optimiza la absorción de los rayos X que provocan la condensación de los núcleos de deuterio y tritio, han conseguido generar nada menos que 1,3 megajulios de energía. Esta cantidad equivale a 1 300 000 julios, y es mucha energía. Muchísima.

La reacción solo se sostuvo durante una ínfima fracción de un segundo, pero fue tiempo suficiente para entregar esta enorme cantidad de energía. El rendimiento de NIF en esta prueba ha sido ocho veces más alto que el que arrojó durante los tests de la pasada primavera, y nada menos que veinticinco veces superior al de las pruebas de 2018, que en su momento marcaron un nuevo récord.

En el experimento NIF los haces láser penetran en el interior de la cápsula de diamante por las aberturas de los extremos, provocando que el combustible se caliente y se comprima de forma súbita para dar lugar a la fusión de los núcleos de deuterio y tritio.

Este resultado nos invita a ser razonablemente optimistas. De hecho, varios científicos ajenos a este proyecto, y que, por supuesto, no trabajan en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, se han mostrado esperanzados con este hito.

El resultado de la prueba llevada a cabo en NIF el pasado 8 de agosto aún debe ser sometido a una revisión por pares, y, por supuesto, esta tecnología todavía se enfrenta, entre otros grandes desafíos, a la enorme ineficiencia de los láseres sobre los que se sostiene. Pero ilusiona. Y, sin lugar a dudas, nos anima a seguir la pista no solo a ITER; también al trabajo que están realizando los científicos que se dedican a la fusión nuclear mediante confinamiento inercial.

Imágenes | Laboratorio Nacional Lawrence Livermore

Más información | Laboratorio Nacional Lawrence Livermore

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La noticia La fusión nuclear pisa el acelerador, pero este punto no se lo anota ITER; se lo queda la fusión mediante confinamiento inercial fue publicada originalmente en Xataka por Juan Carlos López .