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¿Qué es la fusión nuclear?
La fusión nuclear es una reacción en la que dos núcleos atómicos ligeros, como los del hidrógeno, se combinan para formar un núcleo más pesado, como el helio. Este proceso libera una enorme cantidad de energía y ocurre a temperaturas altas, como las que se encuentran en el núcleo de las estrellas. Esta energía es la que hace que las estrellas, incluido el Sol, brillen y nos proporcionen luz y calor.
Este proceso se nos ha escapado entre los dedos durante años. Ahora, tras el hito logrado por los científicos del laboratorio de Livermore, en California, que han conseguido por primera vez una fusión nuclear con ganancia neta de energía, nos hemos preguntado si de verdad es posible resolver los problemas energéticos de la humanidad con una fuente de energía limpia e ilimitada.
Fisión y fusión nuclear: ¿en qué se diferencian?
Ya sabemos que la fusión nuclear es un proceso por el que dos núcleos atómicos se aproximan el uno al otro lo suficiente como para fundirse y formar un núcleo más pesado, liberando energía.
Un reactor de fusión utiliza como combustibles deuterio y tritio, isótopos del hidrógeno que pueden obtenerse con relativa facilidad.
La fisión nuclear es el proceso contrario: ocurre cuando un núcleo pesado se separa en núcleos más pequeños, liberando energía. Esta tecnología es la que usamos en nuestras actuales centrales nucleares, con uranio como combustible.
¿La fusión nuclear es una energía limpia?
La respuesta es sí, la fusión nuclear es energía limpia. De hecho, según José Manuel Perlado, presidente del Instituto de Fusión Nuclear “Guillermo Velarde” de la Universidad Politécnica Madrid (UPM) y profesor emérito de Física Nuclear, siempre se ha calificado de “segura, limpia e inagotable”.
- Es segura intrínsecamente porque precisa de una fuente externa para que se mantenga. La fusión nuclear es una reacción que se detiene al cortar el suministro de combustible.
- Es limpia porque no genera residuos radioactivos de media y larga vida. De hecho, sus residuos nacen como consecuencia de la activación neutrónica. Por tanto, “no produce gases nocivos y genera residuos nucleares de muy baja actividad.”
- Por último, que es inagotable es indudablemente cierto. “En el caso del deuterio, se encuentra en abundancia en el agua de los océanos, y el tritio es generado dentro del propio reactor a partir del deuterio”, añade el experto.
Si comparamos la energía nuclear renovable con otro tipo de energías, se puede comprobar que esta es una fuente mucho más revolucionaria. Tal y como explica José Manuel Perlado, “podría producir un suministro potencialmente ilimitado de energía limpia sin generar desperdicios sucios ni ninguna cantidad significativa de emisiones de carbono.”
“La energía mediante la fusión nuclear se ha calificado siempre de segura, limpia e inagotable”.
– José Manuel Perlado, presidente del Instituto de Fusión Nuclear “Guillermo Velarde” de la Universidad Politécnica Madrid (UPM)
Investigación y evolución de la energía nuclear de fusión
Aunque todavía queda mucho por aprender sobre este tipo de energía, durante los últimos años no se ha parado de estudiar. Actualmente, según explica Pablo Teófilo León, director de Tecnología y Desarrollo Nuclear de Endesa, “existen dos principales vías de investigación: fusión por confinamiento magnético y fusión por confinamiento inercial.”
El confinamiento magnético se obtiene generando un campo magnético toroidal (en forma de donut) muy intenso, mediante bobinas externas que lleven una corriente intensa. En este campo magnético, se inyecta gas de hidrógeno o deuterio que se calienta a altas temperaturas para que se ionice. Este gas ionizado se denomina plasma.
Hoy en día, existen varios diseños para la estructura del campo magnético como tokamak, stellerator o spheromak. Tokamak es la tecnología del proyecto ITER. En España, según asegura nuestro director de Tecnología y Desarrollo Nuclear, “ en el CIEMAT, hay un reactor de Fusión de investigación tipo Stellerator.
Por su parte, en la fusión por confinamiento inercial se consigue mediante láseres que unos miligramos de hidrógeno (deuterio y tritio) alcancen temperaturas como las del Sol. El láser deposita su energía en la capa externa de la cápsula, lo que provoca la compresión del combustible de fusión hasta alcanzar las temperaturas y densidades necesarias para que se produzca la reacción.
El hito más importante relacionado con este tipo de confinamiento lo ha logrado el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. En diciembre de 2022 lograron generar 1,3 megajulios durante una fracción de un segundo. Esto colocó a la estrategia que aboga por el confinamiento inercial un paso más cerca de la rentabilidad energética.
Aunque es un avance prometedor, según Pablo Teófilo León “Sigue habiendo muchísima incertidumbre. Todavía hace falta crear un sistema que produzca energía de forma constante.”
“Sigue habiendo muchísima incertidumbre. Todavía hace falta crear un sistema que produzca energía de forma constante”.
– Pablo Teófilo León, director de Tecnología y Desarrollo Nuclear de Endesa
El Proyecto ITER: soñando con imitar al Sol
El ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) es fruto de un esfuerzo de colaboración a escala mundial sin precedentes. Es la mayor instalación experimental del mundo dedicada a la fusión nuclear y se ha diseñado para demostrar la viabilidad científica y tecnológica de este tipo de energía. Técnicamente, el objetivo del ITER es el de producir 500 MW de potencia durante varios segundos necesitando «tan solo» 50 MW para lograr esa reacción.
El Proyecto ITER, que cuenta con el auspicio de la IAEA -la Agencia Internacional de Energía Atómica- es un proyecto internacional que trata de recrear con fines industriales los procesos físicos que convierten al Sol en una fuente de energía tan formidable. Si funcionase, contaríamos por primera vez en la historia con una nueva forma de producción energética abundante, constante y razonablemente limpia. Sin embargo, alcanzar ese objetivo va a suponer un reto a la altura de la recompensa.
El corazón de ITER es su reactor de tipo Tokamak, ya mencionado anteriormente que, además, es el más grande que la humanidad ha construido hasta ahora. En cuanto a los retos, los principales hitos marcados por el ITER son conseguir el primer plasma en 2025 y las primeras operaciones con deuterio y tritio para 2035.
Si el ITER tuviera resultados exitosos, se pondría en marcha el desarrollo de un reactor de fusión nuclear de demostración (llamado DEMO). Y, en base a la experiencia lograda con el DEMO, se supone que se conseguiría el primer prototipo industrial hacia 2060. Así, antes del final de este siglo, se podría construir el primer reactor de fusión nuclear comercial.
Así pues, la fusión, con el proyecto ITER en cabeza, aparece como una candidata perfecta a convertirse en fuente de energía segura, potente y medioambientalmente aceptable para la generación masiva de electricidad.
Sin embargo, como hemos adelantado al comienzo del artículo, aunque todavía quedan años para que esto sea una auténtica realidad, los avances y los descubrimientos no paran. De hecho, la Agencia Espacial Europea ha descubierto un exoplaneta con el núcleo en constante fusión nuclear.
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