La energía nuclear ha desempeñado un papel crucial en el suministro energético mundial durante décadas. Sin embargo, la energía derivada de la fusión nuclear promete un cambio aún más significativo en el panorama energético, ofreciendo un recurso virtualmente inagotable con mínimas emisiones de desechos radiactivos. A pesar de su potencial, este fantástico proceso aún está en desarrollo, dado que las dificultades tecnológicas y económicas no son menores. Es un desafío que científicos en todo el mundo están continuamente investigando para conseguir que, algún día, la fusión nuclear sea una realidad como fuente de energía comercial estable.
En este artículo, profundizaremos en qué es la fusión nuclear, sus beneficios, los retos para que se convierta en una fuente comercial y su importancia para el futuro energético global.
¿Qué es la fusión nuclear?
La fusión nuclear es un proceso diferente al de la fisión nuclear, que es el mecanismo utilizado en las plantas nucleares actuales. Mientras que la fisión consiste en dividir átomos pesados, como el uranio y el plutonio, la fusión implica la unión de núcleos más ligeros, como los átomos de hidrógeno, para formar uno más pesado y estable. El resultado de esta unión libera una gran cantidad de energía en forma de calor.
El proceso más factible hasta ahora es la fusión de deuterio y tritio, dos isótopos del hidrógeno, para formar helio. Durante esta reacción, también se liberan partículas como neutrones. En el caso de la fusión de deuterio y tritio, se liberan 17.6 MeV (millones de electronvoltios) por cada reacción de fusión. Esta energía es considerablemente mayor que la obtenida en la fisión nuclear.
Una de las principales ventajas de la fusión nuclear es que el deuterio se puede extraer del agua de mar, haciéndolo casi ilimitado en términos de suministro de combustible. Por otro lado, el tritio, aunque no es tan abundante como el deuterio, se puede generar en los propios reactores de fusión mediante el bombardeo de litio con neutrones.
¿Cómo se hace la fusión nuclear?
Lograr la fusión nuclear en la Tierra implica reproducir condiciones extremas, similares a las que ocurren en el núcleo de las estrellas. Para que los núcleos atómicos puedan fusionarse, deben superar la repulsión electrostática natural entre ellos, y para ello necesitan alcanzar temperaturas de millones de grados Celsius.
En los reactores experimentales como los Tokamaks y Stellarators, los átomos se calientan a más de 100 millones de grados para generar suficiente velocidad y energía para que los núcleos se aproximen lo suficiente y se fusionen. A estas temperaturas, la materia ya no está en estado sólido, líquido o gaseoso, sino en estado de plasma, un gas ionizado de partículas cargadas.
El principal problema de la fusión es que no hay material en la Tierra que pueda soportar temperaturas tan altas sin fundirse. Por tanto, en los reactores de fusión, el plasma debe ser confinado mediante potentes campos magnéticos que evitan que este toque las paredes del reactor. Este es el planteamiento del confinamiento magnético, que consiste en sostener el plasma dentro de una geometría toroidal (en forma de anillo) mediante imanes superconductores.
Otro enfoque es el confinamiento inercial, donde se utilizan láseres o haces de partículas para comprimir diminutas cápsulas de deuterio-tritio a densidades extremadamente altas, haciendo que las partículas se fusionen antes de que tengan tiempo de expandirse. Un ejemplo notable de este enfoque es el National Ignition Facility (NIF) en Estados Unidos, que ha alcanzado importantes hitos en la investigación sobre la fusión inercial.
Estrategias científicas de confinamiento
Existen dos técnicas principales para intentar conseguir la fusión nuclear controlada: el confinamiento magnético y el confinamiento inercial.
Confinamiento magnético: Este método se basa en utilizar potentes campos magnéticos para contener el plasma caliente. En un reactor tokamak, por ejemplo, los imanes en forma de toroide se encargan de mantener el plasma lejos de las paredes del reactor, permitiendo que el proceso de fusión ocurra sin que el plasma se enfríe demasiado rápido.
Uno de los mayores desafíos con esta técnica es que solo una fracción de las partículas en el plasma logra fusionarse. Para que la fusión sea viable económicamente, debe lograrse más del 50 % de eficiencia del plasma, algo conocido como criterio de Lawson. Aunque el Sol utiliza el confinamiento gravitatorio debido a su enorme masa, en la Tierra no podemos replicar esas presiones, por lo que necesitamos alcanzar temperaturas mucho más elevadas.
Confinamiento inercial: En lugar de contener el plasma con campos magnéticos, el confinamiento inercial propuesta el uso de láseres o haces de partículas para comprimir cápsulas de deuterio y tritio. La idea es que al comprimir estas cápsulas a densidades extremadamente elevadas y luego calentarlas rápidamente, se desencadene una fusión antes de que las partículas puedan moverse demasiado.
Ambos enfoques tienen sus ventajas e inconvenientes, y los científicos siguen investigando cuál será el enfoque que permitirá la viabilidad comercial de los reactores de fusión.
¿Cuándo será viable comercialmente?
A pesar de los avances realizados en las últimas décadas, la fusión nuclear aún está a unas décadas de ser comercialmente viable. Se estima que podría ser posible ver los primeros reactores comerciales de fusión nuclear alrededor del año 2050, aunque esta fecha depende en gran medida de los avances tecnológicos y de la financiación continua de la investigación.
Sin embargo, uno de los proyectos más prometedores es el ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), un esfuerzo internacional que tiene como objetivo demostrar la viabilidad técnica y científica de la fusión nuclear mediante confinamiento magnético. Si los ensayos de ITER son exitosos, se espera que pueda abrir el camino para la creación de reactores comerciales basados en la fusión.
Otro avance significativo ha sido el desarrollo de superconductores de alta temperatura para los imanes utilizados en los reactores de fusión. Investigadores del MIT han desarrollado un imán superconductor que genera campos magnéticos mucho más potentes que los imanes tradicionales, con un consumo de energía mucho menor. Según los estudios, esta tecnología podría reducir el coste de los reactores de fusión en un factor de 40, lo que hace que la fusión comercial no solo sea viable, sino potencialmente competitiva en términos de coste.
Para hacer realidad la fusión, no solo se necesita un avance científico, sino también una colaboración internacional más amplia y un compromiso político y financiero para apoyar las investigaciones a largo plazo. La fusión tiene el potencial de ser una fuente de energía limpia, segura y prácticamente ilimitada, pero requiere de una inversión sostenida y esfuerzo coordinado a nivel global.
La fusión nuclear representa una promesa energética inmensa que abordaría muchos de los problemas que enfrenta nuestra civilización en términos de sostenibilidad y seguridad energética. Sin embargo, los desafíos científicos, técnicos y logísticos que enfrenta esta tecnología son enormes. A medida que la investigación avanza, se espera que, en las próximas décadas, la fusión finalmente pueda pasar del laboratorio a formar parte del suministro energético mundial.