La energ¨ªa de fusi¨®n es la energ¨ªa del futuro¡­ ?y siempre lo ser¨¢?

Desde hace d¨¦cadas, con cierta frecuencia se anuncia un nuevo hito en la larga marcha hacia la fusi¨®n nuclear controlada. La descontrolada hace tiempo que la conocemos, porque es la fuente de energ¨ªa estelar y la de las bombas termonucleares. Lo anterior ha dado lugar a infinidad de bromas: la energ¨ªa de fusi¨®n es la energ¨ªa del futuro¡­ y siempre lo ser¨¢; en la d¨¦cada de 1950, los f¨ªsicos encontraron una nueva constante universal: el tiempo que falta para tener conectada a la red el¨¦ctrica una central nuclear de fusi¨®n, que son 40 a?os. La ¨²nica diferencia ahora, respecto al pasado, es la asiduidad con que aparece en los medios una noticia sobre un nuevo descubrimiento en distintas partes del mundo. La pen¨²ltima fue la de Corea del Sur hace pocos meses, aunque China lo hace tan a menudo que es dif¨ªcil precisar lo anterior. El ¨²ltimo ¡°avance hist¨®rico¡± ha venido de la Instalaci¨®n Nacional de Ignici¨®n en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de California.

Lo inquietante del asunto es que ¨²ltimamente publican la noticia antes de que los datos est¨¦n confirmados por la mejor y bien acrisolada tradici¨®n cient¨ªfica. ?Indica todo lo anterior la frivolizaci¨®n galopante de un proyecto que, dicho sea sin aspaviento alguno, puede condicionar la evoluci¨®n de la humanidad e incluso la del planeta? No. Quiz¨¢ esa frivolidad lo sea solo en cierta medida, lo cual puede ser irrelevante por irritante que resulte.

Inmediatamente despu¨¦s del Big Bang, la generaci¨®n espont¨¢nea de energ¨ªa en forma de radiaci¨®n, una peque?¨ªsima parte de esta cuaj¨® pronto en quarks y electrones. Los quarks se agruparon en n¨²cleos at¨®micos sencillos: el hidr¨®geno (un prot¨®n), el deuterio (un prot¨®n y un neutr¨®n ligados), el tritio (un prot¨®n y dos neutrones) y pocos, muy poco m¨¢s. Como vemos, los tres citados tienen un prot¨®n, que es una part¨ªcula formada por tres quarks, cuya propiedad esencial es que est¨¢ cargado el¨¦ctricamente de manera positiva. Los electrones, cargas el¨¦ctricas negativas, quedaron vagando por ah¨ª hasta que, unos cuatrocientos mil a?os despu¨¦s del magno acontecimiento, se unieron a aquellos dando los correspondientes ¨¢tomos.

Poca masa, mucha energ¨ªa

Sabemos que cargas del mismo signo se repelen. La fusi¨®n nuclear consiste en unir los n¨²cleos de dos de estos ¨¢tomos primordiales (los m¨¢s abundantes del universo) porque resulta que si lo hacen dan un nuevo ¨¢tomo m¨¢s estable. La clave de todo radica en que la masa de los que se fusionan es mayor que la de los que resultan tras la fusi¨®n. La diferencia ya sabemos que se transforma en energ¨ªa en plan E=mc?. La velocidad de la luz, la c, es un n¨²mero tan descomunal que para generar una gran cantidad de energ¨ªa hace falta muy poca masa m.

?C¨®mo conseguir que se aproximen dos n¨²cleos que se repelen tan intensamente hasta ponerse casi en contacto? Haciendo que alcancen una velocidad tal que venzan la barrera repulsiva que lo impide. Las estrellas lo consiguen al alcanzar una temperatura de millones de grados. Los militares haciendo estallar una o varias bombas de fisi¨®n (las de Hiroshima y Nagasaki) concentrando sus efectos en una peque?a zona donde est¨¢ confinado el plasma (mezcla de deuterio y tritio, la m¨¢s eficiente, liberada de electrones). S¨ª, el ¡°fulminante¡± de las bombas llamadas de hidr¨®geno al principio y termonucleares despu¨¦s son bombas at¨®micas, digamos que m¨¢s tradicionales.

La cuesti¨®n desde el principio de la tecnolog¨ªa nuclear fue si se podr¨ªa dome?ar la fusi¨®n de la misma manera que se hizo con la fisi¨®n, es decir, construir centrales de fusi¨®n nuclear para poder conectarlas a la red el¨¦ctrica. Las ventajas ser¨ªan enormes: nada de residuos indeseables y de largas vidas medias como el plutonio y nada de l¨ªmites de existencias en el ¡°combustible nuclear¡± (el deuterio y el tritio son relativamente f¨¢ciles de conseguir de manera ilimitada). Pero estamos hablando de manejar materia a millones de grados de temperatura y no a unos pocos centenares como hacen las de fisi¨®n. ?De qu¨¦ materiales han de estar construidas esas centrales para mantener confinado ese plasma el tiempo suficiente para poder extraer el calor generado y convertirlo en electricidad comercial? De esta pregunta se desprende una infinidad, todas de dif¨ªcil soluci¨®n. Pero antes de avanzar debemos dejar claro el asunto inicial de las bromas sobre cu¨¢ndo alcanzar el desider¨¢tum.

Las investigaciones sobre la fusi¨®n nuclear controlada empezaron a escala universitaria y laboratorios nacionales. Se establecieron tres estrategias que comentaremos, pero lo importante es que los resultados que se iban alcanzando paulatinamente fueron tan positivos y esperanzadores que el ritmo de las inversiones en los proyectos de investigaci¨®n y el correspondiente tama?o de los laboratorios de fusi¨®n llegaron al v¨¦rtigo. En el caso de Europa, se pas¨® de la escala nacional a la internacional y se construy¨® el JET, Joint European Torus. Este proyecto dio resultados tan buenos que de nuevo se cambi¨® el orden de magnitud y se dise?¨® un laboratorio financiado a escala internacional: el ITER (por las siglas en ingl¨¦s de reactor experimental termonuclear internacional). La clave de este proyecto, que se desarrolla en Cadarache, Francia, es la E, es decir, que a¨²n es un laboratorio experimental, nada de conectarlo a la red el¨¦ctrica. A lo largo de los a?os se ha producido una esperanzadora evoluci¨®n de los susodichos experimentos. Hemos ido avanzando espectacularmente a lo largo de las pasadas d¨¦cadas para acercarnos al objetivo de la ignici¨®n sostenida del plasma nuclear.

Tres estrategias

Veamos cu¨¢les son esas tres estrategias mencionadas y en qu¨¦ punto est¨¢ cada una. Empecemos por la que ha lanzado el optimismo de estos d¨ªas: el Confinamiento Inercial californiano. El ¡°calentamiento¡± del plasma se lleva a cabo haciendo coincidir en una cavidad peque?¨ªsima, de extra?o nombre alem¨¢n, hohlraum, la energ¨ªa suministrada por 192 l¨¢seres de alta potencia. Este confinamiento llamado inercial desencadena la reacci¨®n de fusi¨®n por un ingenioso, aunque nada extra?o, mecanismo f¨ªsico. Lo problem¨¢tico es mantener la reacci¨®n y extraer la energ¨ªa generada para poder aprovecharla termodin¨¢micamente. Y conseguir, obviamente, que no se autodestruya toda la instalaci¨®n por albergar una regi¨®n, por peque?a que sea, a millones de grados cent¨ªgrados de forma permanente. Es lo que parece que han conseguido en California de manera m¨¢s esperanzadora que hasta ahora.

Otra estrategia es la llamada stellarator. La ¡°botella¡± de confinamiento del plasma en este caso no es una cavidad met¨¢lica como el hohlraum, sino un intens¨ªsimo campo electromagn¨¦tico. Conceptualmente tampoco es complicado: unas potentes bobinas mantienen el plasma confinado siguiendo la l¨ªnea del campo magn¨¦tico resultante. Aunque en la pr¨¢ctica, en el laboratorio de Wendelstein7X (en Greifswald, Alemania), no lo es tanto. Esta fue la estrategia que sigui¨® Espa?a desde hace muchos a?os en los laboratorios del CIEMAT, antigua Junta de Energ¨ªa Nuclear. Hoy, aparte de Alemania, hay bastantes pa¨ªses que la contin¨²an explotando a nivel de investigaci¨®n.

La tercera y seguramente m¨¢s prometedora l¨ªnea de estudio es el mencionado ITER basado en la tecnolog¨ªa llamada tokamak. Es conceptualmente parecida a la stellerator pero la geometr¨ªa de confinamiento es del tipo torus o, si se prefiere, donuts. El laboratorio ITER es tan ambicioso y caro que su puesta en marcha ha sufrido ya varios aplazamientos, pero se espera que entre en pleno funcionamiento en esta d¨¦cada. Pero insistamos en que es justo eso, un laboratorio experimental, aunque ya est¨¢ planificado el paso siguiente llamado DEMO que, si como todo lo augura, los resultados de ITER son definitivos en cuanto a viabilidad tecnol¨®gica y econ¨®mica de la fusi¨®n. El DEMO ya se conectar¨ªa a la red el¨¦ctrica para, como su acr¨®nimo indica, demostrar su viabilidad comercial; pero a¨²n habr¨ªa que esperar a la siguiente generaci¨®n de reactores comerciales basados en ¨¦l para su implementaci¨®n pr¨¢ctica.

En las tres estrategias, particularmente en las de confinamiento electromagn¨¦tico, hay una dificultad m¨¢s dif¨ªcil de salvar que muchas de las anteriores. Al confinamiento electromagn¨¦tico, obviamente, son insensibles las part¨ªculas el¨¦ctricamente neutras. Si recordamos lo dicho al principio, los n¨²cleos de deuterio y tritio tienen exceso de neutrones que, l¨®gicamente se liberan tras la fusi¨®n. Estos ¡°atraviesan¡± sin notarlo todo campo electromagn¨¦tico, sea lo intenso que sea. Tras ese traspaso colisionan con los materiales que forman la estructura del reactor provoc¨¢ndoles da?os no solo dif¨ªcilmente reparables, sino inquietantes porque los hacen radiactivos. As¨ª, antes de pensar en construir ning¨²n tipo de central nuclear de fusi¨®n hay que tener perfectamente controlada esa activaci¨®n radiactiva de los neutrones sobre los materiales estructurales. Para eso se va a construir un magn¨ªfico centro de investigaci¨®n en Granada. El llamado IFMIF DONES (International Fusion Materials Irradiation Facility DEMO Oriented Neutron Source).

Si todo sale como est¨¢ previsto, comenzaremos a obtener electricidad por un medio limpio e ilimitado en¡­ ?40 a?os!

Esto puede llevar a una sonrisa esc¨¦ptica e incluso para los m¨¢s desconfiados y de peor car¨¢cter al enfado. Pero han de pensar en una cosa: la ¨²nica manera de no conseguir jam¨¢s la fusi¨®n nuclear es detener la investigaci¨®n sobre la misma. A¨²n m¨¢s, pi¨¦nsese, ahora que acaba de amerizar la c¨¢psula Artemis despu¨¦s de visitar la Luna, que el hombre pis¨® nuestro sat¨¦lite apenas 60 a?os despu¨¦s de que aprendiera a volar unos centenares de metros en una rudimentaria m¨¢quina. Lo que podemos conseguir con tes¨®n, trabajo en equipo y financiaci¨®n adecuada en la ciencia y la ingenier¨ªa tiene unos l¨ªmites insospechados por esperanzadores.

Manuel Lozano Leyva es catedr¨¢tico em¨¦rito de F¨ªsica At¨®mica y Nuclear de la Universidad de Sevilla

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