Pais: Brasil

Fecha: 30 de Enero del 2023

La fusión nuclear y el futuro de la energía limpia por UNICAMP, Brasil

Por primera vez, los científicos lograron llevar a cabo una reacción de fusión nuclear capaz de generar más energía de la que se utilizaba; El resultado se celebra como el futuro de la energía limpia.

A principios de este mes, el Departamento de Energía de EE. UU. anunció que los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) habían realizado una reacción de fusión nuclear que generó más energía de la que se utilizó. El logro, sin precedentes a nivel mundial, se celebra como un parteaguas para el futuro de las energías limpias, que pasará a la historia como uno de los avances científicos más importantes de la humanidad. Pero, ¿qué es una reacción de fusión y cómo contribuirá este experimento al futuro del planeta?

Actualmente, una de las formas de producir energía es la fisión nuclear, en la que los núcleos de los átomos se dividen en núcleos más pequeños, generando una reacción en cadena que libera una gran cantidad de energía. Esta tecnología, descubierta en la década de 1930, tiene varias limitaciones, como la baja disponibilidad de Uranio 235, que es el principal combustible utilizado en el proceso, el riesgo de accidentes —como los ocurridos en Chernobyl y Fukushima— y la alta producción de residuos radiactivos, que deben almacenarse cuidadosamente durante unos 300 años.

La fusión, a su vez, es lo opuesto a este proceso. En él se fusionan núcleos de átomos muy ligeros —generalmente Tritio y Deuterio—, lo que genera además una gran cantidad de energía. Este es el mismo fenómeno que ocurre dentro de estrellas como el sol. Es muy complejo reproducirlo, porque los núcleos atómicos tienen cargas positivas, que se repelen entre sí. Tal complejidad es una ventaja, porque si hay algún problema con el reactor de fusión, la reacción simplemente deja de ocurrir, en lugar de continuar de forma descontrolada, como ocurre en los accidentes nucleares.

El científico Ricardo Galvão, que investiga la fusión nuclear controlada y la física del plasma, el estado de la materia que se encuentra en las estrellas, explica que otras ventajas incluyen el hecho de que el combustible de deuterio se elimina fácilmente del agua de mar, mientras que el tritio se puede producir a partir de baterías de litio. Además, esta tecnología prácticamente no genera residuos radiactivos. “Producen un poco, porque hay que irradiar las paredes del reactor y se vuelven radiactivas, pero no es algo que deba almacenarse durante cientos de años. Serían unos treinta años”, dice.

Galvão, que es profesor de la USP, ayudó a establecer un grupo de investigación en física de plasmas en la Unicamp, donde estudió una maestría en ingeniería eléctrica, además de haber contribuido a la construcción del primer reactor experimental de fusión nuclear de América Latina. Explica que hay dos formas de generar reacciones de fusión, llamadas confinamiento magnético y confinamiento inercial. En el primer tipo, el gas presente en el plasma es confinado por campos magnéticos usando una máquina llamada Tokamak, mientras que en el segundo, una tableta objetivo que contiene isótopos de hidrógeno es calentada por un láser.

El experimento LLNL es parte del segundo caso. Un láser con 192 haces de luz enfocó más de 500 teravatios de potencia en una cápsula de dos milímetros que contenía tritio y deuterio congelados. “Cuando el láser incide, ioniza toda la superficie de la tableta y produce lo que llamamos plasma de altísima densidad”, comenta Galvão. “Este plasma explota, generando una onda de choque tan intensa que comprime la tableta a una densidad unas veinte veces mayor que la del plomo. Con una temperatura muy alta, del orden de millones de grados centígrados, se vuelve a producir la fusión, generando un efecto cascada”, aclara.

Perspectivas comerciales

El dispositivo utilizado en el experimento, llamado Instalación Nacional de Ignición (NIT), entregó 2,05 megajulios (MJ) de potencia, lo que produjo 3,15 MJ de energía de fusión. Aunque esta es una cantidad mayor que la cantidad empleada, todavía queda un largo camino por recorrer para que esto resulte en una aplicación comercial. Primero, porque esa cantidad de energía es suficiente para hervir solo 20 teteras de agua, lo que cuesta alrededor de US$3.500 millones; segundo, porque los láseres consumían una cantidad mucho mayor de energía en el proceso: 322 megajulios. Además, la NIT es capaz de producir solo una reacción por día, mientras que una planta comercial necesitaría generar diez por segundo.

Según Ricardo Galvão, la creación de esta tecnología fue algo muy complejo. Cada láser utilizado tiene casi un kilómetro de largo y alcanza potencias tan altas que rompen la lente que se inserta para enfocar. Al mismo tiempo, la superficie de la oblea objetivo se vuelve inestable cuando recibe el impacto de la energía. “Puede distorsionarse, escaparse, romperse. Y la física requerida es muy complicada, porque cuando se aprieta esta bolita, la materia entra en un estado que nos es desconocido. La temperatura es tan alta que ni siquiera sabemos cómo describir correctamente ese estado, entonces hubo un proceso de aprendizaje muy largo”, revela.

Por otro lado, existe la posibilidad de que la fusión por láser nunca se utilice para la producción de energía comercial. Esto se debe a que la Instalación Nacional de Ignición no se creó con ese propósito, sino para ayudar al programa de investigación de armas nucleares del Departamento de Energía de EE. UU. Desde que se creó el primer láser en la década de 1960, los científicos se dieron cuenta de que podía usarse para activar bombas de hidrógeno y, con la firma del Tratado de Prohibición Completa de Pruebas Nucleares (CTBT) en la década de 1990, la fusión inercial de confinamiento se convirtió en una alternativa que permitir simular estos artefactos en el laboratorio.

Para muchos investigadores, incluido Galvão, la fusión que conducirá a la energía verde vendrá del confinamiento magnético, que no tiene aplicación militar. Sin embargo, el Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER), un prototipo basado en tecnología Tokamak que se está construyendo en el sur de Francia, prevé los primeros resultados recién para 2035. “La razón de este retraso es que trabajan con mucho más cuidado y sin tanto dinero invertido. En cambio, en la investigación en confinamiento magnético hay mucho intercambio de experiencias e investigadores, lo que no ocurre en el confinamiento inercial, porque la información es confidencial, por aplicaciones militares”, informa.  

Traducido del portugués.

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