Han transcurrido más de 60 años, en los que científicos han perseguido uno de los desafíos físicos más difíciles jamás ideados: aprovechar la fusión nuclear que impulsa a las estrellas para producir energía. Abundante energía limpia en la Tierra. Es hasta este momento que los investigadores han dado a conocer un hito importante en ese esfuerzo. Por primera vez, los reactores de fusión producen más energía de la que se utiliza para desencadenar reacciones.
La Secretaria de Energía de EE. UU., Jennifer Granholm, ha anunciado que el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore ha logrado un hito que probablemente pasará a los libros de historia: la ignición de la fusión nuclear.
La fusión nuclear
El objetivo de la fusión nuclear es replicar las reacciones nucleares que ocurren en las estrellas de la Tierra y el Sol. La fusión nuclear implica la unión de dos átomos de hidrógeno, lo que resulta en la producción de helio y grandes cantidades de energía. La forma más fácil de hacer esto en la Tierra es con dos isótopos o variantes de hidrógeno llamados deuterio y tritio.
El hidrógeno más común, también conocido como protio, tiene un protón en el núcleo y un electrón en un orbital. El deuterio tiene dos partículas en su núcleo, un protón y un neutrón, mientras que el tritio tiene tres partículas, un protón y un neutrón.
El resultado de la fusión del deuterio y el tritio es el helio, cuyo núcleo tiene dos protones y dos neutrones y emite un neutrón. Si se toma en cuenta el número de neutrones y protones antes y después de la reacción, la distribución será diferente pero la misma cantidad.
Para lograr la fusión nuclear, es necesario vencer la fuerza de repulsión entre dos átomos cargados positivamente, el deuterio y el tritio. Si se acercan de manera adecuada, la fuerza gravitacional aún más fuerte, aunque de muy corto alcance llamada fuerza nuclear fuerte permitirá la fusión nuclear.
Centrales nucleares
El componente indiscutible de una central, es un reactor nuclear, en otras palabras, un lugar para almacenar combustible nuclear junto con otros componentes que ayudan a iniciar, mantener y detener la fisión nuclear de manera controlada.
Las plantas de energía nuclear de hoy dependen de la fisión nuclear, liberando energía cuando átomos grandes y pesados como el uranio se descomponen por desintegración radiactiva..
En las centrales nucleares y las centrales térmicas convencionales (carbón, petróleo, gas), la energía liberada de los combustibles en forma de calor se convierte en energía mecánica y luego en energía eléctrica. El calor producido evapora el agua, que ya está en forma de vapor, y hace girar una turbina conectada al alternador.
El principio básico de funcionamiento para una central nuclear es razonablemente simple. Es una tecnología de aplicación compleja por los fenómenos físicos que expone la resistencia conseguida, los requisitos técnicos y las medidas de seguridad necesarias para garantizar en todo momento la seguridad de los trabajadores y las personas, así como de proteger el medio ambiente.
Impacto a nivel mundial
En términos de energía liberada, las reacciones nucleares son alrededor de un millón de veces más poderosas que las reacciones químicas y mucho más difíciles de iniciar. Los experimentos de fusión anteriores pueden haber logrado la temperatura, la presión o el tiempo de confinamiento del plasma correctos para lograr la ignición, pero no todos estos factores se logran a la vez.
La fusión nuclear tiene un potencial energético mayor que cualquier otra fuente de energía conocida. Puede liberar alrededor de cuatro millones de veces más energía que una reacción química como la quema de carbón, petróleo o gas, y cuatro veces más energía que la fisión nuclear, el proceso que se utiliza actualmente en todas las centrales nucleares del mundo. Descubierta a principios del siglo XX, la fusión nuclear es vista por muchos políticos, especialmente en Europa, como la energía del futuro.
En los Estados Unidos, se está estudiando un método conocido como «método NIF» que involucra gránulos del tamaño de una pimienta que contienen una mezcla congelada de deuterio y tritio, dos isótopos pesados de «hidrógeno». La cápsula está alojada en un cilindro de oro del tamaño de un borrador de lápiz, llamado hallraum, unido a un brazo en el centro de una gran cámara de perforación láser.
Los experimentos en 2021 demostraron que se puede lograr la ignición en los reactores NIF. Para finalmente cruzar el umbral, los investigadores hicieron algunos ajustes menores, como operar con una potencia de láser ligeramente superior.
No se tiene conocimiento cien por ciento verídico de si este esfuerzo conducirá a un nuevo futuro energético. Pero los investigadores de fusión creen que en 20, 50 o 100 años, cuando esté lista, la tecnología será una gran herramienta para la humanidad.
