Fusión: la energía de las estrellas

En la Tierra toda la energía disponible con la excepción de la nuclear, proviene directa o indirectamente del Sol. De hecho, la energía acumulada en el petróleo no es más que el resultado de la transformación de la energía solar que captaron las plantas cuyos restos lo produjeron al sedimentar en el fondo de océanos o valles.

Esa inmensa cantidad de energía generada en el Sol y en el resto de estrellas tiene su origen en un proceso físico llamado fusión nuclear, que consiste en la unión de dos núcleos atómicos de elementos ligeros para formar uno más pesado y estable. Como el núcleo resultante es más estable, hay un exceso de energía que es liberada en el proceso y como resultado se producen nuevos elementos químicos.

Esa es precisamente la forma en la que se han creado todos los elementos del universo, mediante fusión de los núcleos más ligeros, con desprendimiento de energía y mediante fusiones de elementos pesados en el corazón de las estrellas, inducidas por las presiones y temperaturas inmensas que allí se dan. Es lo que se llama la nucleosístesis, a ella le debemos la materia que conocemos.

Hoy en la Tierra nos enfrentamos a un reto colosal, el control de la fusión nuclear en instalaciones construidas por el hombre, para la obtención de energía, que ahora sí, sería intrínsecamente limpia, inagotable (el combustible sería prácticamente agua) y muy, muy segura.

La reacción más fácil de conseguir es la del deuterio (un protón más un neutrón) y el tritio (un protón y dos neutrones) para formar helio (dos neutrones y dos protones) y un neutrón, liberando una energía de 17,6 MeV. El deuterio se puede conseguir del agua y el tritio se obtendría en la propia instalación, mediante el bombardeo de litio con los neutrones desprendidos, por lo que hablamos de una fuente de energía prácticamente inagotable.

Un poco de historia

En 1939 el astrofísico alemán H.A. Bethe conjeturó que la fusión del hidrógeno en las estrellas es su fuente de energía y en 1951 se construye el primer ingenio que intentaría reproducir en la Tierra este fenómeno, el Stellarator. Su creador, L. Spitzer en la universidad de Princeton (EEUU).

El problema con el se topan los primeros intentos es que para acercar los núcleos de hidrógeno lo suficiente como para que se unan y desprendan la energía anhelada, es preciso dotarles de una energía muy alta, lo cual se consigue mediante la elevación de la temperatura que debe alcanzar varios millones de grados y no existe en la tierra material que pueda albergar este proceso.

En 1955 L.A. Artsimovich del instituto ruso Kurtchatov da un impulso al desarrollo de la tecnología, al diseñar el primer tokamak, una especie de donut hueco que mantiene el combustible en su interior, sin tocar las paredes, confinado magnéticamente por la acción de inmensos imanes. El problema del contenedor está resuelto. Faltaría por solucionar el problema de la temperatura suficiente, la presión que garantice las fusiones y la densidad mínima como para que éstas se puedan mantener en el tiempo, trío filosofal de la fusión:

-Tiempo de confinamiento.
-Temperatura.
-Densidad.

España no se ha mantenido al margen de estos avances y ha contado con líneas de investigación que crecieron en el seno de la Junta de Energía Nuclear que inauguró en 1983 su primer tokamak (el TJ-I), lo que ha llevado a la obtención de su propio plasma en el CIEMAT en 1997 –nombre que recibe el gas de núcleos de deuterio y tritio en el que se producirán las fusiones-. En 1998 se creó el Laboratorio Nacional de Fusión por Confinamiento Magnético y en 1986 se había creado la Asociación EURATOM con sede en Madrid, aglutinando a numerosos países de Europa.

Soluciones tecnológicas

Para resolver el problema de la repulsión de los núcleos atómicos que impide que se aproximen, se comprimen diminutas esferas de combustible mediante haces láser o partículas, lo que da lugar la fusión por confinamiento inercial. Este principio se utiliza sobre todo en EEUU.

Otra forma de producir que los núcleos se aproximen es calentando el combustible hasta temperaturas de millones de grados. A esta temperatura los átomos están ionizados y pueden quedar atrapados en un campo magnético que hace las veces de “contenedor”, siendo este el principio del confinamiento magnético en el que se basan los tokamak.

En la fusión todo son ventajas

-Combustibles baratos, abundantes, no radioactivos y repartidos geográficamente de manera uniforme, sobre todo el agua para obtención de deuterio. La fuente de tritio puede ser el litio que lo produciría por una especie de inducción neutrónica en la propia central.

-Sistema intrínsecamente seguro: el reactor sólo contiene el combustible para los diez segundos siguientes de operación.

-La radiactividad de la estructura del reactor, producida por los neutrones emitidos en las reacciones de fusión, puede ser minimizada escogiendo cuidadosamente los materiales, de baja activación. Por tanto, no es preciso almacenar los elementos del reactor durante centenares y millares de años.

Logros hasta el momento

Se ha producido energía de fusión nuclear en dos máquinas distintas, el JET (Joint European Torus) de la Unión Europea en Oxfordshire, y el TFTR (Toroidal Fusion Thermonuclear Reactor) en Princeton. Los dos son dispositivos de fusión por confinamiento magnético.

Se ha conseguido sólo en estas máquinas porque son las únicas que han inyectado tritio a un plasma de deuterio. El resto de máquinas funciona con plasmas de sólo deuterio o sólo hidrógeno para investigar en el comportamiento del plasma a altas temperaturas, pero sin producir fusiones.

Se ha demostrado la viabilidad científica de la producción de energía mediante fusión nuclear. El siguiente paso es construir un reactor que demuestre la viabilidad tecnológica para producir energía eléctrica a partir de la de fusión.
Este reactor será ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), actualmente en fase de diseño y con su emplazamiento ya fijado en Cadarache (Francia). Para el diseño y construcción de este gran reactor se han asociado Rusia, Unión Europea, Japón y USA ya que el esfuerzo tecnológico y económico no puede ser afrontado por un solo país.

ITER (camino en latín) representa el mayor reto tecnológico de la humanidad junto al desarrollo de la exploración espacial y supone una ventana abierta al cambio de modelo energético, de la mano de la fusión, una energía limpia pero que no resolverá por sí sola nuestros problemas en este campo, pues debe venir acompañada de la democratización del recurso y sobre todo del cambio en la conciencia energética, que nos lleve a ser más eficientes en su uso y austeros en su consumo.

Saludos.
La energía más limpia es la que no se consume.