Energía de fusión nuclear

El 5 de diciembre de 2022, se ha conseguido una reacción nuclear que ha generado una ganancia neta de energía en un experimento controlado de fusión. El experimento se ha realizado en el Instituto nacional de Ignición (NIF) del laboratorio nacional Lawrence Livermore (NLLL) en San Francisco, California, Estados Unidos.

En el reciente experimento, se han utilizado 192 láseres que han inyectado una energía de 2,05MJ en un cilindro de oro, del tamaño de una avellana en cuyo interior se hallaban dos isótopos de hidrógeno: deuterio y tritio.

La energía suministrada, hace implosionar a los dos isótopos que se fusionan creando helio. Se genera así una gran cantidad de energía y se producen reacciones de fusión en cadena. Esta técnica se conoce como confinamiento inercial.

Dicha reacción, generó 3,15 MJ de energía, es decir más energía que la aportada para provocar la reacción.

Por tanto, se ha demostrado que la ignición, es posible. La ignición se consigue cuando una reacción de fusión produce más energía que la aportada y se vuelve autosuficiente.

El pasado mes de agosto, los científicos del NLLL en un experimento similar, fueron capaces de generar 1,3MJ con una energía aportada por los láseres de 1,9MJ en el que hasta ahora, era el experimento más próximo a conseguir la ignición.

Los científicos del NLLL, miden la energía ganada por el factor “Q”. Si Q=1 consideran que se alcanza el punto de equilibrio en el que la energía aportada y la generada son iguales. En el último experimento, el factor Q es de 1,5.

Siendo unos resultados muy relevantes, los científicos alertan que todavía se está lejos de producir la ganancia neta de energía suficiente para producir electricidad.

Fusión y fisión nuclear

La fusión y la fisión son reacciones nucleares que liberan grandes cantidades de energía almacenada en el núcleo de los átomos.

La fisión nuclear es el proceso utilizado actualmente en las centrales nucleares. Básicamente consiste en bombardear el núcleo de un átomo para romperlo en dos produciendo una gran liberación de energía. Cada una de las dos partes tiene la misma masa, pero la suma de las dos es algo inferior a la original. Esta reducción de masa produce una gran liberación de energía. El proceso se va repitiendo en una reacción en cadena que produce más energía que cualquiera de las alternativas con combustibles fósiles.

La fisión nuclear produce desechos que emiten radiación durante mucho tiempo y deben ser almacenados de manera segura.

La fusión nuclear es un proceso inverso al anterior. Se trata de reproducir las reacciones que tienen lugar en el sol. Como se ha dicho, 2 isótopos del hidrógeno, el deuterio (1 proton y 1 neutrón), y el tritio (1 protón y 2 neutrones)  se fusionan y producen helio (2 protones y 2 neutrones)  y la emisión de un neutrón.

La masa de helio y neutrón es ligeramente inferior a la suma de las masas de los núcleos originales de deuterio y tritio. La diferencia de masa, se convierte en una gran cantidad de energía.

Para conseguir la fusión hay que aportar energía y vencer las fuerzas de repulsión del deuterio y tritio que se repelen por tener la misma carga. El deuterio debe ser confinado y hay dos tipos de confinamiento, inercial y magnético.

En la Fusión por confinamiento inercial (FCI), se utilizan láseres para calentar  un elemento en cuyo interior se encuentran los átomos de deuterio y tritio. En el reciente experimento, el NIF en EEUU ha utilizado el confinamiento inercial.

En el confinamiento magnético (FCM), deuterio y tritio se calientan hasta que los electrones se disocian y por tanto los núcleos quedan con carga positiva. Al tener carga eléctrica, se pueden controlar por un campo magnético que se crea en una máquina toroidal, diseñada en los años 50 del siglo pasado en la unión soviética, llamada tokamak .

La fusión nuclear, produce más energía que la fisión, produce desechos en mucha menor cantidad y sobre todo vida mucho más corta, del orden de una generación humana, no requiere un combustible no renovable como el uranio pero por el contrario, la reacción en mucho más difícil de iniciar. El combustible es hidrógeno, abundante y que se puede obtener con facilidad.

Para conseguir esa fusión, hay que aplicar energía adicional y ahí está el dilema. Cantidad de energía utilizada y cantidad generada. El valor del factor “Q”.

El resultado del experimento, abre una puerta a la posibilidad de utilizar dicha tecnología en centrales eléctricas, y demuestra que la energía de fusión es potencialmente utilizable.

A futuro, la hibridación de energías fotovoltaicas, eólicas y fusión puede representar una alternativa válida para avanzar en soluciones frente a los problemas creados por el cambio climático.