El Departamento de Energía de EE. UU. anunció el martes un gran avance en la fusión nuclear, un método para producir energía limpia, que tiene muchas esperanzas para el futuro.
El logro fue alcanzado por científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California.
La fusión nuclear puede ser un concepto nuevo para muchos, pero los científicos han estado trabajando en ello. desde la década de 1940. Sin embargo, se han enfrentado a un duro desafío: cómo producir más energía de la que se necesita para crearla. Casi parecía un desafío insuperable.
Hasta hoy.
¿Qué es la fusión nuclear?
La fusión nuclear es un proceso en el que dos elementos más ligeros se combinan para formar un elemento más pesado.
Es el mismo proceso que alimenta nuestro sol, donde los protones de los átomos de hidrógeno chocan violentamente ya temperaturas increíblemente altas en el núcleo, fusionándose para producir un átomo de helio.
Aquí en la Tierra, la fusión nuclear se produce fusionando los elementos deuterio y tritio. El deuterio es bastante abundante y se puede encontrar en el agua, pero es más abundante en nuestros océanos. El tritio, por otro lado, es menos abundante y se encuentra principalmente en nuestra atmósfera, como resultado de la radiación cósmica. El tritio también se produce en explosiones nucleares y es un subproducto de los reactores nucleares.
La fuerza gravitacional masiva del sol le permite fusionar átomos de hidrógeno, pero para crear la fusión en la Tierra, los científicos necesitan aplicar presiones y temperaturas extremadamente altas que son aproximadamente 100 millones de grados centígrados, o 10 veces más calientes que el núcleo del sol.
El 5 de diciembre de 2022, un equipo de LLNL @lasers_llnl llevó a cabo el primer experimento de fusión controlada de la historia para lograr la ignición por fusión. También conocido como equilibrio energético científico, el experimento produjo más energía a partir de la fusión que la energía láser utilizada para impulsarlo. pic.twitter.com/t9htICEcuh
Si bien hay diferentes formas de intentar producir fusión nuclear, los científicos del laboratorio de California utilizaron 192 láseres enfocados en la pared interna de un cilindro que contenía una pequeña cápsula (del tamaño de una bola) de combustible de fusión: deuterio y tritio.
Eso generó rayos X de la pared que golpeó la cápsula, exprimiendo el combustible. Permaneció lo suficientemente caliente, denso y redondo durante el tiempo suficiente para que se encendiera, produciendo más energía que los láseres utilizados.
Si bien la energía producida fue pequeña, alrededor de tres megajulios, o suficiente para encender una bombilla, marca una primicia histórica en la energía de fusión nuclear porque los láseres usaron poco más de dos megajulios para disparar al objetivo.
Sin embargo, es importante tener en cuenta que se necesitaron 300 megajulios de energía tradicional, a menudo denominada energía “de la pared”, para producir todos los materiales utilizados en el experimento, según Marv Adams, administrador adjunto de Programas de Defensa en el Nuclear Security. y la Administración Nacional de Seguridad Nuclear.
¿En qué se diferencia de la energía nuclear que ya usamos?
Cuando la mayoría de la gente piensa en la energía nuclear, probablemente piense en los reactores nucleares que tenemos hoy. Pero esos reactores funcionan mediante fisión nuclear.
La fisión es exactamente lo contrario de la fusión, que obliga a los átomos a unirse. En cambio, los reactores nucleares generan energía mediante la separación de átomos pesados.
Además, la fusión produce energía limpia. A diferencia de los reactores nucleares, el proceso no genera subproductos como las varillas usadas que se encuentran en las plantas de energía nuclear.
Con la fusión nuclear, tampoco existe la posibilidad de una fusión nuclear como ocurre con la fisión, y la fusión nuclear no puede usarse para fabricar armas nucleares.
La Agencia Internacional de Energía Atómica explica que, si bien las bombas de hidrógeno utilizan reacciones de fusión, se necesita una segunda bomba de fisión para detonarla.
¿Por qué es importante la fusión nuclear?
La Tierra se enfrenta a una crisis climática provocada por siglos de quema de combustibles fósiles. Como resultado, habrá un aumento de inundaciones, sequías, aumento del nivel del mar y más. Ya estamos viendo que esto sucede, y cuanto más se calienta el planeta, peores serán estos desastres.
El planeta se ha calentado aproximadamente 1,2 C, pero si vamos a limitarlo a 1,5 C para finales de siglo, que es el ambicioso objetivo establecido en el acuerdo climático de París de 2015, podría significar menos desastres relacionados con el clima. Por lo tanto, los científicos e ingenieros han estado tratando de desarrollar energía limpia y rentable.
El presentador de Quirks & Quarks de CBC explica el proceso de obtención de energía limpia a partir de la fusión nuclear y señala proyectos canadienses y franceses que también están en marcha.
Ahí es donde entra la fusión.
No produce emisiones dañinas de dióxido de carbono o metano y es altamente eficiente.
Según la Agencia Internacional de Energía Atómica, “la fusión podría generar cuatro veces más energía por kilogramo de combustible que la fisión (utilizada en plantas de energía nuclear) y casi cuatro millones de veces más energía que quemar petróleo o carbón”.
“Nos acerca a la posibilidad de que la energía de fusión abundante en carbono cero impulse a nuestra sociedad”, dijo la secretaria de Energía de EE. UU., Jennifer M. Granholm, en el anuncio del martes.
¿Cuándo utilizaremos la fusión como fuente de energía?
Si bien esta es una primicia histórica, no significa que todavía estemos listos para producir energía a gran escala.
“Hay obstáculos muy significativos, no solo en la ciencia, sino también en la tecnología”, dijo Kim Budil, directora del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en Livermore, California.
“Esta es una cápsula de encendido, una vez y para realizar la energía de fusión comercial, tienes que… producir muchos, muchos eventos de encendido de fusión por minuto y tienes que tener un sistema robusto de controladores para permitir eso”, dijo Budil.
Explicó que aunque no tomaría tanto tiempo como los científicos solían estimar, pasarán al menos unas pocas décadas antes de que las tecnologías subyacentes se desarrollen lo suficiente como para construir una planta de energía de fusión nuclear.
También es importante recordar que Estados Unidos no es el único país que trabaja en la fusión nuclear.
En Francia, existe el Reactor Experimental Termonuclear Internacional colaborativo, un reactor de fusión nuclear masivo que pesa 23,000 toneladas y mide casi 30 metros de altura, que comenzará a operar en aproximadamente una década.
En Canadá también existen empresas privadas como General Fusion, con sede en la Columbia Británica, entre otras. También hay empresas privadas trabajando en fusión en China, Reino Unido y Alemania.