Fusión nuclear. Parte.1

Fusión nuclear, de las estrellas a la Tierra

Daniel Martín Reina

Es un sueño que persigue parte de la comunidad científica desde hace más de medio siglo: conseguir una fuente de energía barata, limpia y prácticamente ilimitada, que elimine de un plumazo los problemas energéticos de nuestra civilización. Una fuente de energía que la naturaleza conoce muy bien, pues es la que hace que brillen las estrellas en el cielo nocturno y el Sol nos ilumine durante el día.

. El principio de la fusión nuclear es sencillo. Cuando se unen dos núcleos de átomos ligeros se libera energía. Si la reacción se mantiene el tiempo suficiente, la energía liberada puede superar ampliamente a la invertida para desencadenarla, con lo que esa ganancia de energía podría aprovecharse luego para generar electricidad. Además, el combustible habitual, el hidrógeno, es abundante y la reacción no produce gases nocivos. Todo son ventajas, salvo un pequeño inconveniente: la fusión nuclear controlada es muy difícil de conseguir.

Seguramente habrá que esperar todavía varias décadas hasta que se pueda utilizar la fusión como una fuente de energía útil. Pero estos últimos resultados nos dan la esperanza de que algún día no muy lejano seamos capaces de imitar a las estrellas y tener nuestro propio Sol en la Tierra.

Combustible estelar

El hidrógeno es el elemento más simple del Universo. También es el principal componente de las estrellas, como nuestro Sol. En su interior la temperatura es tan alta, varios millones de grados,  que el hidrógeno se encuentra en estado de plasma.

En el proceso se pierde algo de masa, que se transforma en luz y calor, y se emite hacia el exterior (masa y energía son equivalentes, de acuerdo con la famosa ecuación de Einstein, E = mc²). Esto es lo que hace que brillen las estrellas. Se calcula que una estrella de tamaño medio como el Sol es capaz de transformar unos cinco millones de toneladas de hidrógeno en helio cada segundo. Por eso suele decirse que el hidrógeno es el combustible de las estrellas, capaz de hacer que el astro genere luz y calor mientras pueda fusionarse en helio.

Si esto es lo que ocurre en el interior de las estrellas, ¿cómo conseguir la fusión nuclear en un laboratorio? La receta, en principio, parece fácil: recreando las condiciones que se dan en el interior de las estrellas. Básicamente, esto consiste en confinar la mayor cantidad de combustible de hidrógeno en el menor espacio posible y calentarlo a millones de grados; cuanto más tiempo, mejor. Si la combinación de estas variables —densidad, temperatura y tiempo— es la adecuada, entonces la reacción de fusión es capaz de mantenerse por sí misma, y la energía que se desprende es mucho mayor que la suministrada; se dice en ese caso que se ha alcanzado la ignición. En última instancia, conseguir la ignición es el objetivo de los científicos.

En la práctica, todo esto es sumamente complicado. A semejante temperatura, cualquier material tiende a explotar debido a la elevada presión. Además, el combustible utilizado fundiría el recipiente que se emplease para contenerlo. Y en el caso de que el recipiente no se derritiera de inmediato, al entrar en contacto con el plasma lo enfriaría considerablemente, deteniendo la reacción de fusión.

 

El Sol en una botella

Al estar el plasma cargado eléctricamente, una forma de intentar aislarlo del exterior sería mediante lo que se conoce como botella magnética. Es decir, un campo magnético con la forma apropiada para que las partículas eléctricas que componen el plasma no puedan escapar, quedando confinadas en su interior. El primer prototipo experimental, construido en 1956, consistía en una cámara de vacío toroidal —con forma de dona— que contenía hidrógeno. Mediante fuertes descargas eléctricas se conseguía elevar la temperatura del gas hasta convertirlo en plasma, que permanecía confinado por la acción de potentes electroimanes. Por su forma, a este dispositivo se le bautizó como tokamak .

Con uno de estos primitivos tokamaks, unos científicos soviéticos consiguieron en 1969 mantener un plasma a cinco millones de grados durante algunas centésimas de segundo, un verdadero logro para la época. Este resultado atrajo la atención del mundo occidental y muy pronto se empezaron a construir tokamaks en los principales laboratorios especializados en la fusión nuclear.  Cuanto más se calienta y se intenta comprimir para desencadenar la fusión, más se resiste el plasma a los esfuerzos para confinarlo. Como cuando tomas un puñado de arena con la mano y los granos se te escurren entre los dedos, el plasma siempre encuentra la manera de que sus partículas escapen de la prisión magnética.

La realidad es que, a pesar de haber superado numerosas dificultades técnicas durante estos años, el reactor JET no es lo suficientemente grande como para alcanzar la ignición. Hoy todas las esperanzas de la fusión por confinamiento magnético están puestas en un proyecto denominado Reactor Termonuclear Experimental Internacional, ITER por sus siglas en inglés, que se basa en la tecnología tokamak y en el que participan siete países.