Fusión Nuclear. ¿Para cuándo dice que lo quiere?
En plena guerra de precios del petróleo y bajo el anuncio de implantación del protocolo de Kioto es normal que resurja el interés por la energía nuclear, tanto en su versión de fisión –una cuestión olvidada que ahora disfruta de un nuevo “renacer”- como de fusión, un método que, puestos a soñar, sí que merece la pena.
Como en un cuento de hadas, la fusión nuclear es una fuente de energía limpia, abundante e inagotable. Se trata de un proceso en el que los núcleos de dos isótopos de hidrógeno (podrían ser otros elementos ligeros) se unen para formar un nuevo núcleo de masa ligeramente inferior a la suma de masas de partida. Esa pequeña pérdida de masa se transforma íntegramente en una considerable cantidad de energía, que podemos determinar mediante la conocida ecuación de Einstein E=mc2, donde m es la masa transformada y c es la velocidad de la luz en el vacío.
Esta energía es más habitual de lo que parece: es la fuente energética del Sol y de las estrellas. Pero reproducirla en la Tierra es harina de otro costal. El problema es que hace falta una energía descomunal para lograr que los núcleos de los átomos de hidrógeno lleguen a fusionarse. Recordemos que la fuerza de repulsión entre los núcleos es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa, de modo que a medida que se aproximan la fuerza de repulsión crece exponencialmente.
Para vencer esa fuerza repulsiva hacen falta temperaturas de millones de grados. Curiosamente el problema de este método de fusión, llamado termonuclear, no es tanto conseguir esas gigantescas temperaturas a las que la materia se encuentra en un estado ionizado llamado plasma, sino encontrar la forma de retener ese plasma de partículas en un espacio determinado. Hay otros métodos para provocar la fusión a menor temperatura -por ejemplo, utilizando muones como mediadores- pero carecen de interés desde el punto de vista de su posible aprovechamiento energético.
Hay dos procedimientos clásicos para lograr la fusión termonuclear, el confinamiento inercial y el magnético. En ambos casos no existen materiales capaces de soportar las temperaturas necesarias para iniciar la fusión. La forma de confinar el plasma debe ser, por tanto, algo inmaterial, hecho de campos electromagnéticos.
En el método de fusión por confinamiento magnético el plasma se mantiene retenido mediante una especie de botella magnética en forma de donut, un campo magnético toroidal que obliga a las partículas ionizadas a moverse en su interior sin rebasar las paredes. Un buen ejemplo de este tipo de confinamiento es el Tokamak que funcuiona desde hace años en el Ciemat, en el campus de la Complutense de Madrid, bajo la dirección de Carlos Alejandre. En el Tokamak la densidad de partículas de plasma es baja, y el tiempo de confinamiento de varios segundos. Justo lo contrario de lo que ocurre en el método de confinamiento inercial, en que la densidad es elevadísima y el confinamiento del orden de picosegundos (10 a la menos doce segundos).
Para provocar la fusión por confinamiento inercial se suele partir de un blanco de deuterio o tritio (isótopos de hidrógeno) de unos pocos milímetros de tamaño, sobre el que se hace incidir un láser de alta energía (o haces de iones o de rayos X) de modo que durante unos breves instantes se concentre la energía necesaria para provocar la fusión, desprendiéndose en ese caso más energía de la utilizada. La idea consiste en repetir el proceso con un ritmo suficiente para que la energía desprendida pueda recuperarse y transformarse en electricidad como en una planta convencional.
¿PARA CUÁNDO DICE QUE LO QUIERE?
Cuando me contaban estas cosas en la universidad, hace más de dos décadas, me aseguraban que en veinte años se resolverían todos los problemas y que la energía de fusión sería comercial.
A lo largo de estas décadas se han hecho notables avances en la tecnología, y hay proyectos muy prometedores, que sin duda permitirán un avance significativo. Es el caso del ITER, un gigantesco Tokamak cuya instalación en Cataluña fue desestimada y aún no se sabe si se instalará en Francia o en Japón. Lo que no ha cambiado nada es lo del plazo de veinte años, que sigo oyendo cada vez que asisto a un foro sobre este tema. También hoy, varias décadas después, sigue siendo la fecha mágica anunciada. ¿Disfrutaremos en veinte años de la energía de fusión?
Como en un cuento de hadas, la fusión nuclear es una fuente de energía limpia, abundante e inagotable. Se trata de un proceso en el que los núcleos de dos isótopos de hidrógeno (podrían ser otros elementos ligeros) se unen para formar un nuevo núcleo de masa ligeramente inferior a la suma de masas de partida. Esa pequeña pérdida de masa se transforma íntegramente en una considerable cantidad de energía, que podemos determinar mediante la conocida ecuación de Einstein E=mc2, donde m es la masa transformada y c es la velocidad de la luz en el vacío.
Esta energía es más habitual de lo que parece: es la fuente energética del Sol y de las estrellas. Pero reproducirla en la Tierra es harina de otro costal. El problema es que hace falta una energía descomunal para lograr que los núcleos de los átomos de hidrógeno lleguen a fusionarse. Recordemos que la fuerza de repulsión entre los núcleos es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa, de modo que a medida que se aproximan la fuerza de repulsión crece exponencialmente.
Para vencer esa fuerza repulsiva hacen falta temperaturas de millones de grados. Curiosamente el problema de este método de fusión, llamado termonuclear, no es tanto conseguir esas gigantescas temperaturas a las que la materia se encuentra en un estado ionizado llamado plasma, sino encontrar la forma de retener ese plasma de partículas en un espacio determinado. Hay otros métodos para provocar la fusión a menor temperatura -por ejemplo, utilizando muones como mediadores- pero carecen de interés desde el punto de vista de su posible aprovechamiento energético.
Hay dos procedimientos clásicos para lograr la fusión termonuclear, el confinamiento inercial y el magnético. En ambos casos no existen materiales capaces de soportar las temperaturas necesarias para iniciar la fusión. La forma de confinar el plasma debe ser, por tanto, algo inmaterial, hecho de campos electromagnéticos.
En el método de fusión por confinamiento magnético el plasma se mantiene retenido mediante una especie de botella magnética en forma de donut, un campo magnético toroidal que obliga a las partículas ionizadas a moverse en su interior sin rebasar las paredes. Un buen ejemplo de este tipo de confinamiento es el Tokamak que funcuiona desde hace años en el Ciemat, en el campus de la Complutense de Madrid, bajo la dirección de Carlos Alejandre. En el Tokamak la densidad de partículas de plasma es baja, y el tiempo de confinamiento de varios segundos. Justo lo contrario de lo que ocurre en el método de confinamiento inercial, en que la densidad es elevadísima y el confinamiento del orden de picosegundos (10 a la menos doce segundos).
Para provocar la fusión por confinamiento inercial se suele partir de un blanco de deuterio o tritio (isótopos de hidrógeno) de unos pocos milímetros de tamaño, sobre el que se hace incidir un láser de alta energía (o haces de iones o de rayos X) de modo que durante unos breves instantes se concentre la energía necesaria para provocar la fusión, desprendiéndose en ese caso más energía de la utilizada. La idea consiste en repetir el proceso con un ritmo suficiente para que la energía desprendida pueda recuperarse y transformarse en electricidad como en una planta convencional.
¿PARA CUÁNDO DICE QUE LO QUIERE?
Cuando me contaban estas cosas en la universidad, hace más de dos décadas, me aseguraban que en veinte años se resolverían todos los problemas y que la energía de fusión sería comercial.
A lo largo de estas décadas se han hecho notables avances en la tecnología, y hay proyectos muy prometedores, que sin duda permitirán un avance significativo. Es el caso del ITER, un gigantesco Tokamak cuya instalación en Cataluña fue desestimada y aún no se sabe si se instalará en Francia o en Japón. Lo que no ha cambiado nada es lo del plazo de veinte años, que sigo oyendo cada vez que asisto a un foro sobre este tema. También hoy, varias décadas después, sigue siendo la fecha mágica anunciada. ¿Disfrutaremos en veinte años de la energía de fusión?
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