Fusión nuclear:qué es y dónde estamos

La fusión nuclear es una reacción que libera mucha energía de bajo impacto.Pero en la práctica la tecnología nuclear limpia aún está inmadura.

EL'energía nuclear entra periódicamente en el discurso político, como fuente de energía limpia y de bajas emisiones.Más allá de los pros y contras de esta tecnología, desde hace algún tiempo el tema de fusión nuclear.La fusión nuclear se presenta como el “energía nuclear limpia"porque, a diferencia de la fisión nuclear que caracteriza a las centrales eléctricas actuales, produciría cantidades casi ilimitadas de energía sin emisiones de gases nocivos ni de efecto invernadero y con la producción de cantidades limitadas de residuos radiactivos, incluido el tritio.Un entusiasmo especial fue generado porexperimento exitoso a principios de 2022, llevado a cabo por un equipo de investigación europeo en Inglaterra, el Joint European Torus (Jet) de Oxford, y en el que se probó un pulso de energía de fusión nuclear de al menos cinco segundos de duración, el doble que en el experimento anterior. en 1997.Estos tiempos que acabamos de describir dejan claro cuánto la investigación aún está atrasada en el desarrollo de la tecnología de fusión nuclear.Segundo un viejo chiste, la fusión nuclear es eso que desde hace cincuenta años se cree que llegará dentro de treinta años.Es cierto que la fusión nuclear controlada podría –en teoría– resolver problemas de suministro de energía en la Tierra, pero es una tecnología en los albores de su evolución, y que, por tanto, por sí solo no es capaz de resolver los problemas dictados por la urgencia climática.

• ¿Qué es la fusión nuclear?
• Cómo funciona la fusión nuclear
• Historia de la fusión nuclear, energía nuclear limpia.
• Porque la fusión nuclear aún no funciona
• ¿Qué pasa entonces con la fusión fría?

¿Qué es la fusión nuclear?

La fusión nuclear, por definición, es una reacción nuclear en el que los núcleos de dos o más átomos se unen formando el núcleo de un nuevo elemento químico, más o menosLo opuesto a la fisión nuclear., reacción en la base de las centrales nucleares actuales, donde un átomo pesado se divide en dos o más partes de menor masa.Para que la fusión sea posible es necesario una gran cantidad de energía, capaz de superar la repulsión electromagnética de los núcleos.

Este proceso es en la base de las estrellas, incluido el sol, y se reprodujo artificialmente por primera vez en la década de 1950 para amplificar el poder de la bomba atómica (la llamada bomba H).Desde los años 60 se han llevado a cabo numerosos experimentos para explotar la energía producida por la fusión nuclear, pero proyectos de este tipo están en desuso. todavía en construcción.

Cómo funciona la fusión nuclear

Como se mencionó, la fusión nuclear es la reacción químico-física en la base de las estrellas en la que el gas caliente, el plasma, se mantiene confinado y cohesivo por su propia fuerza gravitacional.Estas son reacciones a temperaturas muy altas, por tanto el principal problema es encontrar un material capaz de mantener confinado el plasma generado durante la reacción.Las reacciones más interesantes probadas hasta ahora son aquellas que implican el uso de deuterio o que explotan el ciclo carbono-nitrógeno-oxígeno.Son reacciones que producen temperaturas inferiores a las generadas por las estrellas y por tanto aún no aprovechables con fines energéticos.

La reacción más estudiada durante décadas, utilizar la fusión en el reactor de una central eléctrica para producir electricidad, es fusión deuterio-tritio, porque es el que requiere la temperatura más baja (unos 200 millones de grados).La desventaja de esta reacción es la producción de muy alta energía, es decir, neutrones muy rápidos que no pueden ser confinados por un campo magnético.Los neutrones, por lo tanto, interactúan fuertemente con la materia circundante, haciendo que los materiales utilizados para confinar la reacción, como el acero o el hormigón armado, sean radiactivos.Por lo tanto, la activación de estos neutrones requiere blindaje muy pesado (por ejemplo, plomo).

Algunos experimentos se han centrado en reacciones “aneutrónicas”, para evitar la creación de neutrones rápidos.Pero estos proyectos tienen que hacer frente a temperaturas aún más altas:allá reacción de helio 3-deuterio, por ejemplo, puede producir 580 millones de grados.En comparación con la fusión deuterio-tritio, sería necesario aumentar 6 veces la intensidad del campo magnético, y por tanto la capacidad de confinamiento, que podría ofrecer la tecnología de superconductores de alta temperatura.

En el interior de las estrellas, la fusión nuclear es del tipo deuterio-deuterio lo que produce neutrones con una energía significativamente menor que los dos ejemplos anteriores, pero temperaturas aún más altas.Para contener esta energía, sin embargo, se necesitan nuevos imanes basados ​​en superconductores de alta temperatura aún más avanzados, que, sin embargo, todavía no son tecnológicamente realizables, a menos que antes unas cuantas décadas.

Aunque estamos hablando de temperaturas muy altas, no se han teorizado problemas de seguridad particulares y, según varios expertos, si los hubiera, serían menos peligroso comparado con lo que podría ocurrir en un sistema de fisión nuclear cuyas reacciones en cadena amplifican la energía y por tanto el calor producido.

Historia de la fusión nuclear, energía nuclear limpia.

El primer experimento se remonta a 1932, cuando Mark Oliphant llevó a cabo la fusión en el laboratorio con isótopos pesados ​​de hidrógeno.Investigación de fusión con fines militares comenzaron a principios de la década de 1940 como parte del Proyecto Manhattan (un programa de investigación y desarrollo realizado por Estados Unidos que condujo a la creación de bombas atómicas) y en 1952 se utilizó la primera bomba H (en jerga hiedra mike y detonado en las Islas Marshall, en un atolón que todavía alberga una cúpula de hormigón con residuos radiactivos de pruebas nucleares debajo).

Durante los últimos sesenta años, también se han realizado considerables esfuerzos teóricos y experimentales para desarrollar la fusión nuclear para fines civiles en lugar de guerra o generar electricidad.Hasta la fecha, el reactor de fusión nuclear más avanzado está representado por iterar (Reactor termonuclear experimental internacional), Reactor con forma toroidal (donut) en el que un plasma (normalmente hidrógeno) a muy alta temperatura y baja presión se mantiene cohesivo y alejado de las paredes internas gracias a un campo magnético generado por electroimanes externos a la cámara.

En el proyecto Iter participan 35 naciones (incluidos los estados miembros de la Unión Europea, Estados Unidos, India, Japón, Corea del Sur y Rusia) con el objetivo de construir el primer reactor experimental de este tipo en Cadarache, en el sur de Francia. Italia participa en Iter con un centro de pruebas en Frascati.

Además de Iter, hay otros dos proyectos experimentales, Sparc (del cual Eni es el mayor accionista) y Arc. El primer reactor de demostración, el proyecto Población, si todo va según lo previsto y en fuerte discontinuidad respecto a retrasos pasados, podría estar listo no antes de 2050. De hecho, Demo es un prototipo de reactor para una central de fusión nuclear estudiado por el consorcio europeo Eurofusion como sucesor ideal del reactor experimental Iter.

Porque la fusión nuclear aún no funciona

El principal problema desde la década de 1960 hasta ahora, y probablemente también en el futuro previsible, está representado por dificultad para lograr un equilibrio energético positivo del reactor.De hecho, hasta la fecha todavía no ha sido posible construir un reactor que produzca normalmente durante su funcionamiento continuo. más electricidad de la que consumes para alimentar los imanes y los sistemas auxiliares de contención.

No es un problema menor se trata de costos:Iter, el proyecto más avanzado sobre fusión nuclear, preveía inicialmente un coste de 13.000 millones de euros, pero hay quienes afirman que podría alcanzar fácilmente 30 mil millones, sin olvidar la necesidad de utilizar una enorme cantidad de energía para poder continuar con los experimentos.

¿Qué pasa entonces con la fusión fría?

El 23 de marzo de 1989, en la Universidad de Utah, los dos electroquímicos Martin Fleischmann y Stanley Pons declararon en un conferencia de prensa de haber logrado la fusión nuclear no en un plasma muy caliente mantenido a presiones extremas dentro de enormes y complejos reactores, sino “en un tubo de ensayo”, a temperatura ambiente.Los dos científicos inauguraron la temporada de "fusión fría", que prometía revolucionar el mundo de la energía.Como sabemos, la revolución nunca llegó.¿Por qué?

primero, uno batalla para obtener la patente antes que otros, llevó a que la investigación nunca se estudiara completamente para poder replicarla.La premura con la que Fleschmann y Pons publicaron los resultados no permitió resolver diversas anomalías que aparecieron en la fase de diseño.Para ello, la fusión fría nunca fue probado por la comunidad científica ni llegó nunca un prototipo comercial.

En conclusión, la fusión nuclear es sin duda una tecnología fascinante con un gran potencial.Pero todavía hay muchos problemas a lo largo de su camino evolutivo y, dada la actual emergencia climática, su Los tiempos de desarrollo siguen siendo demasiado lentos y caros para representar una solución válida para el sector energético.