El viejo chiste es que la fusión nuclear siempre está a 30 años de distancia. Sin embargo, el sueño de abundante energía limpia no es cosa de risa cuando nos reunimos con un investigador de ITER para ponernos al día sobre el progreso en la instalación del reactor.

El sol ha alimentado la vida en la Tierra durante miles de millones de años, creando luz y calor a través de la fusión nuclear. Dado ese increíble poder y longevidad, parece que difícilmente puede haber una mejor manera de generar energía que aprovechando los mismos procesos nucleares que ocurren en nuestra propia estrella y en otras.

Los reactores de fusión nuclear pretenden replicar este proceso fusionando átomos de hidrógeno para crear helio, liberando energía en forma de calor. Mantener esto a escala tiene el potencial de producir una fuente de energía segura, limpia y casi inagotable.

La búsqueda comenzó hace décadas, pero ¿podría una broma de larga duración que la fusión nuclear siempre está dentro de 30 años pronto comenzar a parecer vieja?

Algunos esperan que sí, luego de un gran avance durante un experimento de fusión nuclear a fines de 2021. Esto se produjo en las instalaciones de investigación Joint European Torus (JET) en Oxfordshire, Reino Unido, en una máquina gigante con forma de rosquilla llamada tokamak.

En su interior se generan gases sobrecalentados llamados plasmas en los que tienen lugar las reacciones de fusión, que contienen partículas cargadas que se mantienen en su sitio mediante potentes campos magnéticos. Dichos plasmas pueden alcanzar temperaturas de 150 millones de grados Celsius, unas insondables 10 veces más calientes que el núcleo del sol.

En una ráfaga sostenida de cinco segundos, los investigadores del consorcio EUROfusion liberaron un récord de 59 megajulios (MJ) de energía de fusión. Esto fue casi el triple del récord anterior de 21,7 MJ establecido en la misma instalación en 1997, y los resultados se promocionan como "la demostración más clara en un cuarto de siglo del potencial de la energía de fusión para generar energía segura y sostenible con bajas emisiones de carbono".

Los resultados proporcionaron un gran impulso antes de la siguiente fase del desarrollo de la fusión nuclear. Se está construyendo una versión más grande y avanzada de JET conocida como ITER (que significa "el camino" en latín) en un sitio de 180 hectáreas en Saint-Paul-lès-Durance, en el sur de Francia.

ITER, que se está construyendo como una colaboración entre 35 naciones, incluidas las de la UE, tiene como objetivo reafirmar aún más el concepto de fusión. Una de las máquinas más complicadas jamás creadas, estaba programada para comenzar a generar su primer plasma en 2025 antes de entrar en operación de alta potencia alrededor de 2035, aunque los investigadores del proyecto esperan algunos retrasos debido a la pandemia.

Hito importante

Los resultados de JET representan un hito importante, dijo el profesor Tony Donné, director del programa del proyecto EUROfusion, un importante consorcio de 4.800 expertos, estudiantes e instalaciones en toda Europa. "Es un gran hito, el más grande en mucho tiempo", dijo.

"Se confirmó todo el modelado, por lo que realmente ha aumentado la confianza en que ITER funcionará y hará lo que se supone que debe hacer". Si bien la energía generada en JET duró solo unos segundos, el objetivo es aumentarla hasta una reacción sostenida que produzca energía.

Los resultados fueron la culminación de años de preparación, y el profesor Donné explicó que uno de los desarrollos clave desde 1997 involucró el cambio de la pared interna del recipiente JET.

Anteriormente, la pared estaba hecha de carbono, pero resultó demasiado reactivo con la mezcla de combustible de deuterio y tritio, dos isótopos más pesados, o variantes, del hidrógeno utilizado en la reacción de fusión. Esto resultó en la formación de hidrocarburos, bloqueando el combustible de tritio en la pared.

En la reconstrucción, que involucró 16.000 componentes y 4.000 toneladas de metal, el carbono se reemplazó con berilio y tungsteno para reducir la retención de tritio. En última instancia, el equipo pudo reducir la cantidad de combustible atrapado en un gran múltiplo, lo que contribuyó al éxito del reciente disparo de fusión.

Ejecución de DEMO

En preparación para la próxima etapa del viaje épico de la fusión, las actualizaciones de JET aseguraron que su configuración se alineara con los planes para ITER. Más adelante en el futuro, el próximo paso más allá de ITER será una planta de energía de demostración conocida como DEMO, diseñada para enviar electricidad a la red, lo que llevará a que las plantas de fusión se conviertan en una realidad comercial e industrial.

"ITER es un dispositivo que creará 10 veces más energía de fusión que la energía entregada al plasma", dijo el profesor Donné. "Pero como es una instalación experimental, no entregará electricidad a la red. Para eso, necesitamos otro dispositivo, que llamamos DEMO. Esto realmente nos llevará a los cimientos de la primera generación de plantas de energía de fusión".

El profesor Donné agregó:"JET ha demostrado ahora que la fusión es plausible. ITER tiene que demostrar que es aún más factible, y DEMO deberá demostrar que realmente funciona".

Planeado para proporcionar hasta 500 megavatios (MW) a la red, cree que es realista que DEMO entre en funcionamiento alrededor de 2050. "Esperamos construir DEMO mucho más rápido de lo que construimos ITER, haciendo uso de las lecciones aprendidas, " él dijo.

Sin embargo, hay otros desafíos clave que superar en el camino hacia la puesta en marcha de la fusión nuclear. No menos importante es que, si bien el deuterio es abundante en el agua de mar, el tritio es extremadamente escaso y difícil de producir.

Por lo tanto, los investigadores planean desarrollar una forma de generarlo dentro del tokamak, utilizando una "manta de reproducción" que contiene litio. La idea es que los neutrones de alta energía de las reacciones de fusión interactúen con el litio para crear tritio.

Energía esencial

El profesor Donné dijo que la fusión nuclear podría resultar una fuente de energía verde y sostenible fundamental para el futuro. "Yo diría que es esencial", dijo. "No estoy convencido de que para 2050 podamos hacer la transición del dióxido de carbono solo con energías renovables, y necesitamos otras cosas".

Y aunque dice que el método actual de crear energía nuclear a través de la fisión es cada vez más seguro, la fusión tiene ventajas clave. Los defensores de ITER hablan de beneficios como la ausencia de riesgo de fusión y agregan que la fusión nuclear no produce desechos radiactivos de vida prolongada y que los materiales del reactor se pueden reciclar o reutilizar dentro de 100 a 300 años.

"Definitivamente es mucho más seguro", dijo el profesor Donné. Haciendo referencia al estigma que conlleva la energía nuclear, dijo:"Lo que vemos cuando interactuamos con el público es que la gente muy a menudo no ha oído hablar de la fusión nuclear. Pero cuando explicamos los pros y los contras, creo que la gente se vuelve positiva". "

Refiriéndose a Lev Artsimovich, apodado el "padre del tokamak", dijo:"Artsimovich siempre dijo que la fusión estará allí cuando la sociedad realmente la necesite. Si logramos que la fusión funcione, entonces realmente tendremos una fuente de energía muy segura y limpia". que nos puede dar energía para miles de años". + Explora más

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