Estamos a punto de crear un Sol en miniatura en la Tierra

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Fusión nuclear: un Sol en miniatura para la TierraDrPixel

Hace unos cien o ciento cincuenta años, Londres era una ciudad repleta de excrementos. En una época en la que las fábricas comenzaban a emplear cada vez a más ciudadanos, éstos debían desplazarse a diario una distancia considerable a sus puestos de trabajo, y los carros de caballos eran el único medio de transporte disponible. Como consecuencia, la ciudad, literalmente, nadaba en caca. Tan grave era la situación de insalubridad que muchos londinenses temían por su seguridad y pensaban que, de no encontrar una solución, tendrían que abandonar el territorio.

Hasta que el ingenio humano, la ciencia, logró despejar el camino. Las primeras máquinas impulsadas con carbón cambiaron la vida de millones de personas y salvaron a Londres de la llamada ‘crisis del estiércol’.

La mala noticia es que, a largo plazo, estos combustibles fósiles nos provocarían un problema mucho mayor. Hay pruebas indiscutibles de que el cambio climático es antropogénico. La quema de toneladas de petróleo, gas y carbón década tras década está provocando un considerable aumento de la temperatura global del planeta, con consecuencias preocupantes.

Científicos, gobiernos y empresas llevan muchos años poniendo en marcha alternativas, como las energías limpias y renovables (eólica, solar, mareomotriz…), que no terminan de ser lo bastante eficientes como para cubrir la demanda energética. También disponemos de la energía nuclear de fisión que, aunque es bastante segura y eficiente, sigue teniendo algunos inconvenientes, como la gestión de sus residuos radiactivos, que la hacen indeseable para muchos sectores de la población.

Ahora viene cuando toca pensar en algo que todavía no existe en la Tierra y que sin embargo nos alimenta día a día: el Sol. Si lográsemos replicar el funcionamiento de una estrella en miniatura puede que nunca más tengamos problemas energéticos y podamos, al fin, plantar cara al drama del cambio climático.

Hablamos de la fusión nuclear. ¿Cómo funciona? ¿Cuánto falta para que la podamos usar? ¿Por qué no lo hemos conseguido todavía?

¿Qué es la fusión nuclear y en qué se diferencia de la fisión?

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Explicar qué es un reactor de fusión es, en el fondo, lo mismo que describir el interior de una estrella. La energía que en la Tierra percibimos como calor y luminosidad es el producto de la fusión continua de núcleos de átomos de hidrógeno (H), lo que genera helio (He). Este reactor nuclear gigante que es nuestro Sol lleva en funcionamiento unos 5000 millones de años, y se espera que siga activo durante otros 5000 millones de años más.

Mientras, en las modestas centrales nucleares terrestres construidas por la mano del hombre ocurre el proceso contrario: la fisión, que consiste en dividir átomos, en lugar de unirlos. Este tipo de reactores rompen núcleos muy pesados de uranio y plutonio –altamente pesados e inestables– para generar otros núcleos también pesados, pero menos. Es decir, durante la fisión nuclear se generan residuos tóxicos y potencialmente peligrosos que pueden propagarse por el medioambiente a través de muchas vías. Por ello, deben ser costosamente almacenados bajo toneladas de plomo o muchos litros de agua.

Por su parte, un reactor de fusión convertiría átomos ligeros, y no pesados. En concreto, dos isótopos de hidrógeno –deuterio y tritio– en helio y neutrones, productos estables e inofensivos.

conceptual image representing the process of nuclear fusion, specifically the creation of helium from hydrogen four protons hydrogen nuclei are combining on the left, releasing in the process two protons and two neutrons a helium nucleus the sum of the masses of the neutron and protons is less than that of the original four protons the missing mass is converted to energy, which we see in the form of electromagnetic radiation this is the power behind the suns brilliant glow in practice, the conversion of hydrogen into helium is more complicated than this, and undergoes several stages between the two shown here
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Según Foro Nuclear, “una central nuclear de fusión utilizará un combustible disponible en cantidades casi ilimitadas y no producirá gases de efecto invernadero ni residuos radiactivos de larga vida”. Además, “podría proporcionar un suministro de electricidad en base de modo continuo, sostenible y a gran escala”.

Por esta razón, el estadounidense Michael Shellenberger, ecologista, fundador y presidente de Environmental Progress, calificó a la fusión nuclear como “el verdadero sueño ecologista".

Entonces, ¿cuál es el problema? ¿Por qué no estamos usando ya la fusión para alimentar energéticamente a nuestra civilización? Pues bien; para que una reacción como la que acabamos de describir suceda, se requieren temperaturas elevadísimas. Por ejemplo, el Sol alcanza unos 15 millones de grados centígrados en su núcleo. Además, necesitaríamos recrear las enormes presiones gravitatorias que se producen en las estrellas: cada segundo, 600 millones de toneladas de hidrógeno se fusionan en el Sol.

A temperaturas tan elevadas, los electrones dejan de estar ligados a los núcleos de los átomos. Es entonces cuando se produce un estado de la materia distinto al sólido, líquido y gaseoso que acostumbramos a ver en la Tierra: el plasma. Lograr confinar la materia en forma de plasma durante un tiempo prolongado es otro de los retos que implica construir una central nuclear de fusión.

Pasos para fabricar un Sol en la Tierra

Todavía no tenemos un reactor de fusión nuclear en activo, pero sí tenemos proyectos de investigación destinados a conseguirlo. Uno de ellos es ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), que se espera que logre alcanzar la increíble cifra de 100 millones de grados centígrados.

El ITER es una colaboración de 35 países, de los cuales seis (China, India, Japón, Corea del Sur, Rusia y Estados Unidos) más la Unión Europea (concretamente el colectivo de países Euratom) son miembros principales. Emplazado en Francia, su reactor todavía se está construyendo, y se prevé que se termine para el año 2024.

fusion reactor, illustration nuclear fusion is the combination of atomic nuclei, a process that releases massive amounts of energy if this process could be harnessed it could be an unlimited source of clean renewable energy
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En concreto, en ITER se trabaja para lograr la fusión mediante confinamiento magnético: es decir, el plasma quedaría atrapado en un espacio limitado por un campo magnético al describir trayectorias helicoidales. Es por eso que el dispositivo encargado de ello tiene forma toroidal (de rosquilla) y se denomina Tokamak.

Otros proyectos de investigación trabajan para lograr un reactor nuclear en forma de Tokamak: el proyecto KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research), en Corea del Sur; el Tokamak JET (Joint European Torus) de Reino Unido; y el El Tokamak HL-2M de China, que promete alcanzar los 150 millones de grados centígrados.

¿Para cuándo la fusión nuclear?

No es que la fusión nuclear no se haya conseguido en estos proyectos de investigación; la reacción atómica en sí se consiguió hace años. La clave es lograr mantenerla el tiempo suficiente como para que pueda tener usos comerciales. Y para eso aún debemos esperar: se cree que ITER podría estar funcionando a pleno rendimiento para el año 2050.

Faltan como mínimo un par de décadas para que la energía que llegue a nuestros hogares y que impulse nuestros largos viajes esté producida en una central de fusión. Pero el camino de la investigación científica ya está asfaltado y estamos en vías de transitarlo con acierto.

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En definitiva, el objetivo de construir un Sol en miniatura es obtener una fuente de energía limpia y eficiente. El día que lo logremos cambiará el destino de muchos ecosistemas y poblaciones humanas, frenando tal vez el cambio climático.

Una vez más, nos toca confiar en el avance científico y tecnológico para que, como ocurrió en Londres en el siglo XIX, podamos mitigar el problema antes de que ‘nos coma la mierda’.