¿Qué tienen en común El Caballero de la Noche Asciende, Volver al Futuro, Oblivion e Interestelar? Son megahits de ciencia ficción que muestran una tecnología que los científicos consideran el Santo Grial de la Energía: La fusión nuclear.
Desde la década de 1950, los aficionados al cine, los científicos y los amantes de la energía limpia de todo el mundo se han obsesionado con las enormes posibilidades de aprovechar el casi inagotable suministro de energía encerrado en los átomos creando nuestros propios soles en miniatura. Desafortunadamente, la tecnología práctica de la fusión nuclear sigue siendo solo eso: un sueño y un espejismo lejano. Es decir, hasta ahora.
Después de 35 años de preparación meticulosa e innumerables retrasos, los científicos finalmente han abierto camino al iniciar la fase de montaje de cinco años del masivo Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER), el reactor de fusión más grande del mundo, en Saint-Paul-les-Durance, Francia.
Financiado por seis naciones, incluyendo los EE.UU., Rusia, China, India, Japón y Corea del Sur, el ITER será el dispositivo de fusión tokamak más grande del mundo con un costo estimado de ~ 24 mil millones de dólares y capaz de generar unos 500 MW de energía de fusión térmica ya en 2025.
Potencia de fusión práctica
Inicialmente, los Estados Unidos y la ex Unión Soviética fueron los primeros países en llevar a cabo investigaciones sobre la fusión debido a su potencial para el desarrollo de armas atómicas. Por consiguiente, la tecnología de la fusión permaneció clasificada hasta la conferencia Átomos para la Paz de 1958 en Ginebra. La investigación sobre la fusión se convirtió en la “Gran Ciencia” en la década de 1970 gracias a un gran avance en el tokamak soviético.
Sin embargo, pronto quedó claro que la fusión nuclear práctica solo lograría los avances deseados mediante la cooperación internacional debido a los altos costos y a la complejidad de los dispositivos involucrados.
La fusión nuclear básicamente implica la fusión de átomos de hidrógeno con la suficiente fuerza para formar helio y liberar energía en la equivalencia de masa-energía E=MC2. La fusión es el proceso a través del cual todas las estrellas, desde las enanas rojas a través del Sol hasta las supergigantes más masivas, generan vastas cantidades de energía en sus núcleos al elevarse a temperaturas de 4.000.000 K o más.
La fusión nuclear genera cuatro veces más energía a partir de la misma masa de combustible que la fisión nuclear, una tecnología que implica la división de átomos que se emplea actualmente en los reactores nucleares del mundo. Las fuerzas gravitatorias masivas en el Sol y las estrellas crean las condiciones adecuadas para que la fusión proceda a temperaturas considerablemente más bajas; sin embargo, la masa mucho más pequeña de la Tierra (1/330.000ava parte de la masa del Sol) y la menor gravedad hacen que se necesiten temperaturas mucho más altas del orden de cientos de millones de Kelvin para iniciar el proceso de fusión nuclear y sostenerlo.
Desafortunadamente, todos los experimentos de fusión hasta ahora han sido negativos en cuanto a la energía, tomando más energía de la que genera.
El ITER es una planta de energía nuclear diseñada para demostrar que la energía de fusión sin carbono y de energía positiva puede convertirse en una realidad comercial. El ITER planea usar reactores tokamak para confinar magnéticamente un plasma de deuterio-tricio.
El gran desafío fundamental aquí es que el ITER logre una tasa de calor emitida por un plasma de fusión mayor que la tasa de energía inyectada en el plasma. Es natural preguntarse qué es tan diferente esta vez que hace que los investigadores confíen en que el ITER no será solo otro costoso experimento que terminará en el montón de basura de la fusión nuclear.
Los científicos del ITER han desarrollado con éxito un nuevo material superconductor – esencialmente una cinta de acero recubierta con óxido de itrio-bario-cobre, o YBCO, que les permite construir imanes más pequeños y más poderosos. Esto reduce la energía requerida para sacar la reacción de fusión del suelo.
De acuerdo con Fusion for Energy – la empresa conjunta de la UE para el ITER – 18 imanes superconductores de niobio-estaño, también conocidos como bobinas de campo toroidal, se usarán para contener el plasma de 150 millones de grados centígrados. Los poderosos imanes generarán un poderoso campo magnético igual a 11,8 Tesla, o un millón de veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra. Cerca de 3.000 toneladas de estos imanes superconductores estarán conectadas por 200 km de cables superconductores y se mantendrán a -269C por el mayor criostato del mundo fabricado en la India.
Europa fabricará diez de las bobinas de campo toroidal y Japón nueve.
El tokamak de 23.000 toneladas está diseñado para producir 500 MW de energía de fusión a partir de 50 MW de potencia de calentamiento de entrada, lo que lo convierte en energía positiva.
¿Más limpio que la fisión?
Los 440 reactores de fisión nuclear del mundo generan alrededor del 10% de las necesidades globales de electricidad. Una cantidad similar de reactores de fusión podría teóricamente reemplazar a todas las plantas de energía de carbón, que actualmente suministran casi el 40% de la electricidad mundial.
Pero aparte de sus absurdas capacidades de energía, los reactores de fusión han sido promocionados como una perfecta fuente de energía ya que no pueden fundirse y producir mucho menos residuos radiactivos a diferencia de los reactores de fisión, que en el pasado han demostrado ser catastróficos debido a las reacciones en cadena incontroladas.
Pero aquí está la ironía de todo esto: Los reactores nucleares de fisión siguen siendo la única fuente fiable de tritio para su uso en reactores de fusión.
La reacción de deuterio-tricio es favorecida por los desarrolladores de la fusión sobre el deuterio-deuterio, principalmente porque su reactividad es 20 veces mayor que la reacción alimentada con deuterio-deuterio, y requiere una temperatura de solo un tercio de la temperatura requerida por la fusión solo deuterio. A diferencia del deuterio, que se encuentra fácilmente disponible en el agua ordinaria, el tritio es raro en la naturaleza, principalmente porque este isótopo de hidrógeno tiene una vida media de solo 12.3 años.
Si tiene éxito, el ITER se convertirá en la primera fuente de energía eléctrica del mundo que no explota un combustible natural.
Va a ser interesante ver si el ITER y las subsiguientes plantas de energía de fusión incurrirán en la misma ignominia que la energía nuclear convencional ha luchado por sacudirse.
