Estrella. Imagen: Gabriel Pérez Díaz. Fuente: IAC.
La fusión nuclear es un proceso que ocurre en las estrellas pero que se está intentando reproducir en la Tierra, pues podría constituir una fuente de energía limpia inagotable.
Consiste en que varios núcleos atómicos (centros del átomo) de carga similar se unan para formar un núcleo más pesado. Cuando esto ocurre, se libera una cantidad enorme de energía potencialmente aprovechable.
Pero la fusión nuclear presenta varias dificultades. Una de ellas es que se debe lograr que los reactores que la produzcan generen más energía de la que consumen para iniciar el proceso. El año pasado, científicos del Livermore National Laboratory (LLNL) de Estados Unidos consiguieron este objetivo por vez primera con una reacción de fusión que liberó más energía de la que absorbió el combustible que hizo posible dicha reacción.
Otros escollos superados
Ahora, una colaboración entre investigadores de la Universidad de Gotemburgo (Suecia) y la Universidad de Islandia ha ideado un nuevo tipo de proceso de fusión nuclear que supone la superación de otros escollos.
Por un lado, el nuevo proceso no produce casi ningún neutrón pero sí electrones rápidos pesados (muones). "Esto es una ventaja considerable, ya que los neutrones producidos por otros procesos de fusión nuclear pueden causar peligrosas quemaduras", explica Leif Holmlid, profesor emérito de la Universidad de Gotemburgo, en un comunicado de dicho centro.
Además, el proceso está basado en reacciones nucleares en hidrógeno pesado ultra-denso (deuterio), que se encuentra en grandes cantidades en el agua ordinaria y es fácil de extraer: El deuterio eliminaría el peligroso manejo de hidrógeno pesado radiactivo (tritio) que potencialmente será necesario para operar los reactores de fusión a gran escala del futuro.
Consiste en que varios núcleos atómicos (centros del átomo) de carga similar se unan para formar un núcleo más pesado. Cuando esto ocurre, se libera una cantidad enorme de energía potencialmente aprovechable.
Pero la fusión nuclear presenta varias dificultades. Una de ellas es que se debe lograr que los reactores que la produzcan generen más energía de la que consumen para iniciar el proceso. El año pasado, científicos del Livermore National Laboratory (LLNL) de Estados Unidos consiguieron este objetivo por vez primera con una reacción de fusión que liberó más energía de la que absorbió el combustible que hizo posible dicha reacción.
Otros escollos superados
Ahora, una colaboración entre investigadores de la Universidad de Gotemburgo (Suecia) y la Universidad de Islandia ha ideado un nuevo tipo de proceso de fusión nuclear que supone la superación de otros escollos.
Por un lado, el nuevo proceso no produce casi ningún neutrón pero sí electrones rápidos pesados (muones). "Esto es una ventaja considerable, ya que los neutrones producidos por otros procesos de fusión nuclear pueden causar peligrosas quemaduras", explica Leif Holmlid, profesor emérito de la Universidad de Gotemburgo, en un comunicado de dicho centro.
Además, el proceso está basado en reacciones nucleares en hidrógeno pesado ultra-denso (deuterio), que se encuentra en grandes cantidades en el agua ordinaria y es fácil de extraer: El deuterio eliminaría el peligroso manejo de hidrógeno pesado radiactivo (tritio) que potencialmente será necesario para operar los reactores de fusión a gran escala del futuro.
Más ventajas
Otras de las ventajas demostradas es que este proceso produce más energía de la que necesita para arrancar (como en el caso del proceso desarrollado en el LLNL en 2014); y además puede llevarse a cabo en reactores de fusión por láser relativamente pequeños, alimentados con el mencionado deuterio.
Holmlid explica por qué podría reducirse el tamaño de los reactores: En un proceso de fusión nuclear tradicional se producen grandes cantidades de energía difícilmente manejable, derivada de neutrones de alta energía muy perjudiciales para los organismos vivos. Estos neutrones son difíciles de frenar o detener, y requieren recintos de reactores de varios metros de espesor.
En cambio, en el nuevo proceso se generan, como se ha dicho, electrones pesados rápidos cargados que, además de que pueden producir energía eléctrica al instante, decaen muy rápidamente en electrones ordinarios y partículas similares.
Una vez demostrado que se pueden construir reactores de fusión mucho más pequeños y más simples gracias a este concepto, el siguiente paso será crear un generador que produzca energía eléctrica instantánea, concluyen los investigadores suecos.
La posibilidad de abaratar costes
El año pasado, otro concepto supuso un avance en la superación de otro de los obstáculos de la fusión nuclear: los costes de los sistemas de producción (los reactores de fusión no son lo suficientemente baratos como para superar a los sistemas que utilizan combustibles fósiles, como carbón o gas natural).
El concepto, ideado por un equipo de investigadores de la Universidad de Washington (EEUU), consiste en un reactor de fusión –dynomak- con el potencial de producir energía de fusión económica.
El diseño se basó en una tecnología ya existente (el confinamiento magnético) que permite generar un campo magnético dentro de un espacio cerrado donde se confinan los núcleos atómicos a fusionar. El reactor que pondría en marcha dicha fusión sería autosuficiente, pues aprovecharía el calor que el propio reactor genera. De este modo, el medio que provocase la fusión sería el mismo hacia el que se dirige toda la corriente requerida para confinarla.
Hasta la fecha, otros diseños, como el proyecto de reactor de fusión experimental (ITER) que actualmente se está construyendo en Cadarache (Provenza, Francia), son mucho más costosos y grandes porque se basan en bobinas superconductoras que circulan alrededor del exterior del dispositivo, para proporcionar el campo magnético preciso.
Por ejemplo, se calcula que el ITER una vez acabado ocupará un área tan grande como 60 campos de fútbol, y habrá tenido un coste de construcción de unos 16.000 millones de euros.
Abaratar y reducir, por tanto, podrían suponer hitos hacia el "sueño de la fusión nuclear". Otro dato que refleja lo que supondría alcanzar ese sueño: se calcula que con el deuterio existente en la Tierra se podría generar energía para más de 1.000 años.
Otras de las ventajas demostradas es que este proceso produce más energía de la que necesita para arrancar (como en el caso del proceso desarrollado en el LLNL en 2014); y además puede llevarse a cabo en reactores de fusión por láser relativamente pequeños, alimentados con el mencionado deuterio.
Holmlid explica por qué podría reducirse el tamaño de los reactores: En un proceso de fusión nuclear tradicional se producen grandes cantidades de energía difícilmente manejable, derivada de neutrones de alta energía muy perjudiciales para los organismos vivos. Estos neutrones son difíciles de frenar o detener, y requieren recintos de reactores de varios metros de espesor.
En cambio, en el nuevo proceso se generan, como se ha dicho, electrones pesados rápidos cargados que, además de que pueden producir energía eléctrica al instante, decaen muy rápidamente en electrones ordinarios y partículas similares.
Una vez demostrado que se pueden construir reactores de fusión mucho más pequeños y más simples gracias a este concepto, el siguiente paso será crear un generador que produzca energía eléctrica instantánea, concluyen los investigadores suecos.
La posibilidad de abaratar costes
El año pasado, otro concepto supuso un avance en la superación de otro de los obstáculos de la fusión nuclear: los costes de los sistemas de producción (los reactores de fusión no son lo suficientemente baratos como para superar a los sistemas que utilizan combustibles fósiles, como carbón o gas natural).
El concepto, ideado por un equipo de investigadores de la Universidad de Washington (EEUU), consiste en un reactor de fusión –dynomak- con el potencial de producir energía de fusión económica.
El diseño se basó en una tecnología ya existente (el confinamiento magnético) que permite generar un campo magnético dentro de un espacio cerrado donde se confinan los núcleos atómicos a fusionar. El reactor que pondría en marcha dicha fusión sería autosuficiente, pues aprovecharía el calor que el propio reactor genera. De este modo, el medio que provocase la fusión sería el mismo hacia el que se dirige toda la corriente requerida para confinarla.
Hasta la fecha, otros diseños, como el proyecto de reactor de fusión experimental (ITER) que actualmente se está construyendo en Cadarache (Provenza, Francia), son mucho más costosos y grandes porque se basan en bobinas superconductoras que circulan alrededor del exterior del dispositivo, para proporcionar el campo magnético preciso.
Por ejemplo, se calcula que el ITER una vez acabado ocupará un área tan grande como 60 campos de fútbol, y habrá tenido un coste de construcción de unos 16.000 millones de euros.
Abaratar y reducir, por tanto, podrían suponer hitos hacia el "sueño de la fusión nuclear". Otro dato que refleja lo que supondría alcanzar ese sueño: se calcula que con el deuterio existente en la Tierra se podría generar energía para más de 1.000 años.
Referencias bibliográficas:
Leif Holmlid, Sveinn Olafsson. Spontaneous ejection of high-energy particles from ultra-dense deuterium D(0). International Journal of Hydrogen Energy (2015). DOI: 10.1016/j.ijhydene.2015.06.116.
Leif Holmlid, Sveinn Olafsson. Muon detection studied by pulse-height energy analysis: Novel converter arrangements. Review of Scientific Instruments (2015). DOI: 10.1063/1.4928109.
Leif Holmlid. Heat generation above break-even from laser-induced fusion in ultra-dense deuterium. AIP Advances (2015). DOI: 10.1063/1.4928572.
Leif Holmlid, Sveinn Olafsson. Spontaneous ejection of high-energy particles from ultra-dense deuterium D(0). International Journal of Hydrogen Energy (2015). DOI: 10.1016/j.ijhydene.2015.06.116.
Leif Holmlid, Sveinn Olafsson. Muon detection studied by pulse-height energy analysis: Novel converter arrangements. Review of Scientific Instruments (2015). DOI: 10.1063/1.4928109.
Leif Holmlid. Heat generation above break-even from laser-induced fusion in ultra-dense deuterium. AIP Advances (2015). DOI: 10.1063/1.4928572.