Toda la prensa se hace eco estos días del “logro” del National Ignition Facility (NIF), o Instalación Nacional de Ignición de EE.UU., que, efectivamente, ha conseguido “encender” una cápsula llena de deuterio y tritio (dos isótopos del hidrógeno). La ruptura de esta barrera confirma que la fusión de núcleos ligeros con gran desprendimiento de energía es posible en el laboratorio. Este hito es uno imprescindible para lograr la energía de fusión “controlada”, lo que supondría una energía inagotable, limpia, barata, ecológica y sin calentamiento global que permitiría prescindir (¿por completo?) de los combustibles fósiles.
Ya sabíamos que ese efecto de encendido de la fusión es posible pues el Sol (y otras estrellas) llevan miles de millones de años haciéndolo. También la humanidad lo había conseguido con las temibles “bombas de hidrógeno” o Termonucleares, pero con efectos muy distintos de los que se pretenden en el NIF.
Yo creía que el hito de la ignición ya se había alcanzado previamente, hace más de un año, y si vamos a la Wikipedia, en el artículo Fusion ignition[1] (solo en inglés) leemos que:
“… el 8 de noviembre de 2021, la Instalación Nacional de Ignición afirmó[2] haber activado la ignición en el laboratorio el domingo 8 de agosto de 2021 por primera vez en los más de 60 años de historia del programa ICF (Fusión por confinamiento inercial). El disparo produjo 1,3 megajulios de energía de fusión… una salida de energía … casi 6 veces mayor [de la introducida]… la mayoría [de los expertos] del campo estuvo de acuerdo en que se había demostrado la ignición… los resultados del experimento se publicaron en tres artículos: uno en Physical Review Letters y dos en Physical Review E[3]. Desde entonces, los investigadores del NIF han estado tratando de reproducir el resultado de agosto, hasta ahora sin éxito. Pero el 11 de diciembre de 2022, el Departamento de Energía de EE. UU. dijo que iba a anunciar un «gran avance científico» …, el 13 de diciembre, el Departamento de Energía de EE. UU. anunció en Twitter que se había alcanzado la ignición por fusión.”
Imagino que lo que se ha conseguido es reproducir el experimento de agosto de 2021, aunque los números esta vez son distintos. La energía empleada para “encender” la fusión ha sido de 2,1 megajulios y la producción de energía de 2,5 a 3. El rendimiento pues, no está en un factor 6, sino escasamente en un 1,2-1,4. En todo caso mayor que 1, que es la barrera que había que superar.
La prensa ha explicado ya con detalle la diferencia entre fisión (las centrales nucleares actuales) y fusión (esta nueva posibilidad). También lo expliqué en una entrada anterior de este blog: ¿Será la fusión nuclear la energía del futuro? Que podéis encontrar en:
https://manuntroppo.net/2022/02/11/sera-la-fusion-nuclear-la-energia-del-futuro/,
por lo que no me entretengo en repetirlo. Lo que quisiera destacar es la diferencia entre este experimento y la investigación en fusión que se está llevando a cabo en Europa, en el ITER[4] (International Torus Experimental Reactor) de Cadarache (Francia), aunque en realidad es un proyecto mundial que involucra, además de la Unión Europea, a China, India, Japón, Corea, Rusia y los Estados Unidos, así como Suiza y el Reino unido, éstos últimos a través del EURATOM.
La energía que se produce en el Sol no explota, como la de la bomba de hidrógeno, pues está “confinada” por la atracción gravitatoria de la gran masa del Sol (o de otras estrellas), que es precisamente también la que acerca entre sí los átomos de hidrógeno hasta que, cuando están muy cerca, se fusionan y “encienden” las estrellas. Nosotros recibimos la energía desprendida, pero no hay explosión como en la bomba de hidrógeno, pues la presión de la radiación saliente se equilibra con la atracción gravitatoria. Esto permite a la estrella quemar su hidrógeno a ritmo constante durante millones de años.
Para controlar la reacción de fusión en la Tierra hay que dar energía hasta que se “encienda” pero, al mismo tiempo confinar de alguna manera el material en forma de plasma, para que no explote. Hay dos formas de calentar y confinar el plasma resultante:
– La fusión por confinamiento inercial, como la del experimento del NIF, que comentamos, consiste en calentar una pequeña cápsula de combustible de deuterio-tritio, con muchos láseres de altísima potencia, distribuidos simétricamente alrededor, que además comprimen la cápsula. La micro-explosión que resulta no tiene tiempo de expandirse, por su propia inercia, y la energía producida en forma de radiación electromagnética y neutrones rápidos, puede ser recogida para ser utilizada. Esta fase aún no se ha probado pues hasta ahora no había casi energía que recoger. Para ser rentable, este proceso debería repetirse varias veces por segundo, dejando caer las cápsulas y disparando los láseres cuando pasan por el centro del sistema.
– La fusión por confinamiento magnético, como la del experimento del ITER, se produce en un contenedor en forma de rosquilla (un toro en lenguaje matemático) rodeado de potentes imanes que no dejan escapar el plasma. El plasma a su vez de calienta con radiofrecuencia, como en un microondas. El ITER no estará listo hasta 2025 (si no hay más retrasos) y solamente empezará los experimentos con deuterio-tritio en 2035, o sea, que queda bastante por hacer aún.
Otros laboratorios parece que van más deprisa que el superproyecto ITER. El Massachusetts Institute of Technology (MIT[5]), por ejemplo, ha asegurado recientemente que tiene unos nuevos imanes superpotentes que acelerarán el progreso en fusión por confinamiento magnético, y que dispondrá de una primera planta en Estados Unidos en 2025′′, pero ya veremos.
La realidad es que aún queda mucho para que la electricidad que nos llega a casa (o a la fábrica) venga de una central de fusión. Yo no lo veré. Muchos de vosotros tampoco.
Una explicación de los problemas y tiempos (varias décadas) involucrados puede verse en este video del Catedrático (emérito) de Física Nuclear Manuel Lozano:
Aunque se va perfilando el advenimiento de la energía de fusión, aún quedan muchos problemas para su aplicación industrial definitiva. Desde el comienzo de la investigación de la fusión nuclear con fines pacíficos, en 1930, parecía que siempre faltaban 50 años para su llegada definitiva. Han pasado más de 90 años desde entonces, y puede que esta vez, de verdad, solo falten 50 años.
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Fusion_ignition
[2] https://physics.aps.org/articles/v14/168
[3] https://www.llnl.gov/news/three-peer-reviewed-papers-highlight-scientific-results-national-ignition-facility-record
[5] https://news.mit.edu/2021/MIT-CFS-major-advance-toward-fusion-energy-0908;
Manuntroppo 
Muy bien explicado .
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