Ha habido un tremendo entusiasmo por los resultados recientes de la instalación Joint European Torus (JET) en el Reino Unido, lo que sugiere que el sueño de la energía de fusión nuclear está cada vez más cerca de la realidad. Sabemos que la fusión funciona:es el proceso que alimenta al Sol, proporcionando calor y luz a la Tierra. Pero durante décadas ha resultado difícil hacer la transición de los experimentos científicos de laboratorio a la producción de energía sostenida.

El objetivo fundamental de la fusión es unir los núcleos atómicos para crear un núcleo diferente y más pesado, liberando energía en el proceso. Esto es diferente a la fisión nuclear, en la que un núcleo pesado como el uranio se divide en otros más pequeños y al mismo tiempo libera energía.

Una dificultad significativa ha sido el proceso de fusión de átomos ligeros, isótopos de hidrógeno o helio, entre sí. Como están cargados eléctricamente y se repelen entre sí, se resisten a fusionarse a menos que los núcleos se muevan lo suficientemente rápido como para estar físicamente muy cerca uno del otro, lo que requiere condiciones extremas. El Sol logra esto en su núcleo gracias a sus inmensos campos gravitatorios y su enorme volumen.

Un enfoque utilizado en los laboratorios en la Tierra es el "confinamiento inercial", mediante el cual una pequeña pastilla de combustible de fusión de alrededor de una décima parte de un centímetro de diámetro se calienta y comprime desde el exterior utilizando energía láser. En los últimos años, se ha logrado un progreso alentador en esta técnica, quizás el más notable por parte de la Instalación Nacional de Ignición en los EE. UU., donde el año pasado se informó un rendimiento de fusión de 1,3 millones de julios (una medida de energía). Si bien esto produjo 10 cuatrillones de vatios de potencia, solo duró una fracción (90 billonésimas) de segundo.

Otra técnica, el "confinamiento magnético", se ha implementado más ampliamente en laboratorios de todo el mundo y se cree que es una de las rutas más prometedoras para realizar centrales eléctricas de fusión en el futuro. Implica el uso de combustible de fusión contenido en forma de plasma caliente, una nube de partículas cargadas, confinado por fuertes campos magnéticos. Al crear las condiciones para que se produzcan las reacciones de fusión, el sistema de confinamiento necesita mantener el combustible a la temperatura y densidad adecuadas, y durante el tiempo suficiente.

Aquí radica una parte significativa del desafío. La pequeña cantidad de combustible de fusión (normalmente unos pocos gramos) debe calentarse a temperaturas enormes, del orden de 10 veces más calientes que el centro del Sol (150 millones de °C). Y esto debe suceder mientras se mantiene el confinamiento en una jaula magnética para mantener una producción de energía.

Se pueden usar varias máquinas para tratar de retener este confinamiento magnético del plasma, pero la más exitosa hasta la fecha es el llamado diseño "tokamak", que usa un toro (forma de rosquilla) y campos magnéticos complejos para confinar el plasma, como empleados en las instalaciones de JET.

¿Pequeño paso o gran salto?

Los resultados recientes marcan un verdadero trampolín en la búsqueda de la energía de fusión. Los 59 millones de julios de energía en total, producidos durante un período de cinco segundos, dieron una potencia de fusión promedio de alrededor de 11 millones de vatios. Si bien esto solo es suficiente para calentar unas 60 teteras, es impresionante:crea una producción de energía 2,5 veces mayor que el récord anterior, establecido en 1997 (también en las instalaciones de JET, logrando 22 millones de julios).

El éxito de JET es la culminación de años de planificación y un equipo altamente experimentado de científicos e ingenieros dedicados. JET es actualmente el tokamak más grande del mundo y el único dispositivo que puede utilizar combustible de deuterio y tritio (ambos isótopos de hidrógeno).

El diseño de la máquina, que utiliza imanes de cobre que se calientan rápidamente, significa que solo puede funcionar con ráfagas de plasma de hasta unos pocos segundos. Para dar el paso a operaciones de alta potencia sostenidas durante más tiempo, se necesitarán imanes superconductores. Afortunadamente, este es el caso de la instalación ITER, que actualmente se está construyendo en el sur de Francia como parte de un esfuerzo internacional que involucra a 35 naciones, que ahora está 80% completo. Por lo tanto, los resultados recientes han brindado una gran confianza en el diseño de ingeniería y el rendimiento físico para el diseño de la máquina ITER, también un dispositivo de confinamiento magnético, que está diseñado para producir 500 millones de vatios de potencia de fusión.

Sin embargo, quedan otros desafíos importantes. Estos incluyen el desarrollo de materiales adecuadamente duraderos que sean capaces de soportar la intensa presión dentro de la máquina, manejar la enorme potencia de escape y, lo que es más importante, generar energía que sea económicamente competitiva con otras formas de producción de energía.

Lograr salidas de potencia notables y mantenerlas durante períodos de tiempo más que muy cortos ha demostrado ser el principal desafío en fusión durante décadas. Sin que esto se resuelva en última instancia, una eventual planta de energía de fusión simplemente no puede funcionar. Esta es la razón por la cual los resultados del JET representan un hito importante, aunque solo marcan un paso en el camino.

El gran salto vendrá con la ampliación de los logros de fusión actuales en sistemas de fusión posteriores, como ITER y luego en plantas de energía de demostración más allá de esto. Y esto debería estar al alcance de la mano en un futuro no muy lejano, con el objetivo de operar en la década de 2050 o posiblemente un poco antes.

Beneficios cruciales

Hay mucho en juego. La fusión produce más energía por gramo de combustible que cualquier otro proceso que pueda lograrse en la Tierra. Algunos de los principales beneficios de la fusión son que los productos del proceso son helio y neutrones (partículas que forman el núcleo atómico, junto con los protones); no se libera dióxido de carbono ni otros gases de efecto invernadero. Los combustibles en bruto son el deuterio, que se puede encontrar en el agua de mar, y el litio, que también es abundante y se encuentra en vastas salinas. Se estima que la energía de fusión potencial liberada del litio contenido en la batería de una computadora portátil y una bañera de agua equivale a unas 40 toneladas métricas de carbón.

La fusión produce algo de radiactividad en los materiales que componen el reactor. Pero no se espera que esto sea tan duradero o intenso como los desechos radiactivos producidos por la fisión nuclear, lo que la convierte en una opción potencialmente más segura y aceptable que la energía nuclear convencional.

En última instancia, Roma no se construyó en un día. Varios otros aspectos del ingenio humano, como la aviación, han tomado históricamente una cantidad significativa de tiempo para progresar hasta la culminación. Eso significa que los pasos en el camino que hacen progresos son muy importantes y deben celebrarse con razón.

Fusion está avanzando inexorablemente y nos estamos acercando cada vez más a lograr ese sueño una vez lejano de la energía de fusión comercial. Un día, proporcionará un suministro casi ilimitado de energía baja en carbono para muchas generaciones futuras. Entonces, si bien aún no está allí, está llegando.