Los científicos ya están acariciando con la punta de los dedos la solución al que sin duda es uno de los mayores desafíos que plantea la fusión nuclear mediante confinamiento magnético, que es la estrategia por la que ha apostado ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).
Como hemos visto en otros artículos, el gas confinado en el interior del reactor está extremadamente caliente: nada menos que a 150 millones de grados centígrados.
Esta cifra impresiona por sí sola, pero aún resulta más sobrecogedora si tenemos presente que el núcleo del Sol alcanza una temperatura de unos 15 millones de grados centígrados, y su superficie está a «solo» 5500 grados centígrados.
Nosotros necesitamos que nuestros reactores de fusión nuclear sean capaces de calentar el plasma, que es el gas extremadamente caliente confinado en su interior, muy por encima de la temperatura del núcleo del Sol debido a que la presión con la que trabajamos es muy inferior a la del núcleo de nuestra estrella.
Si queremos que los núcleos de deuterio y tritio, que son los dos isótopos del hidrógeno que es necesario introducir en el interior del reactor, adquieran la energía cinética que necesitan para vencer su repulsión eléctrica natural y comiencen a fusionarse es necesario que el plasma alcance una temperatura monstruosa.
Precisamente esos 150 millones de grados centígrados de los que hemos hablado. Y, como podemos intuir, manejar un gas a esa temperatura no es nada sencillo.
La estabilización del plasma es uno de los retos que más preocupa a los científicos
La tecnología que es necesario poner a punto para que en la década de los 60 (si nos ceñimos a la última revisión del itinerario que propone EUROfusion) estén listas las primeras centrales eléctricas equipadas con reactores de fusión nuclear es muy compleja.
Los retos que es necesario resolver son titánicos, pero poco a poco los investigadores involucrados en este proyecto van derribando una barrera tras otra.
Uno de los mayores desafíos requiere encontrar nuevos materiales para el manto del reactor (conocido en inglés como blanket), una estructura que recubre el interior de la cámara de vacío y que tiene un cometido crítico: proteger la propia cámara de vacío, el criostato y los imanes del impacto directo de los neutrones de alta energía (14 MeV) que resultan de la fusión de los núcleos de deuterio y tritio.
El proyecto IFMIF-DONES persigue, precisamente, el desarrollo de nuevos materiales que sean capaces de soportar la radiación neutrónica con una degradación mínima. Pero este no es en absoluto el único desafío que tenemos que resolver si queremos que la fusión nuclear llegue a buen puerto.
El manto ('blanket') se encuentra en la primera línea de batalla debido a que está expuesto al impacto directo de los neutrones de alta energía resultantes de la fusión de los núcleos de deuterio y tritio.
Otro reto muy importante consiste en mantener permanentemente bajo control las fluctuaciones del plasma para evitar que llegue a entrar en contacto directo con el manto de la cámara de vacío.
Un grupo de investigadores del MIT lleva algo más de tres años trabajando en la puesta a punto de un nuevo material superconductor conocido como YBCO (Yttrium-Barium-Copper Oxide) que combina óxido de itrio, bario y cobre.
Proponen utilizarlo en los imanes del reactor para que sean capaces de generar un campo magnético sensiblemente más intenso que el que producen los imanes convencionales. Esta estrategia debería facilitar la estabilización del plasma, y, además, podría permitir la construcción de reactores 65 veces más compactos y notablemente más eficientes.
La estrategia de EUROfusion consiste en introducir un tercer ingrediente en la receta
Antes de seguir adelante nos interesa dar un pequeño paso hacia atrás. Cuando el plasma confinado en el interior del reactor alcanza la temperatura crítica y los núcleos de deuterio y tritio comienzan a fusionarse gracias a la energía cinética que han adquirido, surge como resultado de esta reacción un núcleo de helio y el neutrón de alta energía del que hemos hablado unos párrafos más arriba.
Los neutrones tienen una carga eléctrica global neutra, y, por tanto, salen despedidos con mucha energía hacia las paredes del contenedor, en donde les espera el manto, que, como hemos visto, es la primera barrera de contención. Sin embargo, los núcleos de helio-4, que están ionizados al carecer de electrones, y, por tanto, tienen carga eléctrica positiva, permanecen confinados por el campo magnético en el interior del plasma.
A estos núcleos también se les conoce como partículas alfa, y cuando comienzan a aparecer como resultado de las primeras reacciones de fusión entre los núcleos de deuterio y tritio se transforman en un ingrediente más del gas en el que se está llevando a cabo la fusión nuclear.
Hasta hace muy poco los científicos creían que cuando los núcleos de helio-4 comenzasen a ceder su energía a la sopa de partículas su inestabilidad se incrementaría, por lo que esas perturbaciones podrían representar un problema que sería necesario resolver.
Esta recreación del edificio en el que reside el reactor nuclear experimental ITER ha sido elaborada con el software ANSYS que facilita el análisis de la estructura mediante el método de los elementos finitos.
Los reactores experimentales de fusión nuclear disponibles hasta ahora no eran capaces de sostener la reacción de fusión nuclear el tiempo necesario para analizar el impacto que tiene la producción de núcleos de helio-4 en la estabilidad del plasma, pero este panorama ha cambiado recientemente. Y nos invita a mirar hacia el futuro de esta tecnología con optimismo.
Un grupo de investigadores europeos y estadounidenses ha conseguido utilizar el reactor experimental tokamak ASDEX (Axially Symmetric Divertor Experiment) del Instituto Max Planck de Física del Plasma, ubicado en Múnich (Alemania), para analizar el impacto que tienen los núcleos de helio-4 en las capas más externas del plasma.
Su trabajo ha sido publicado en la revista científica Physics of Plasmas, y refleja que, a diferencia de lo que creían inicialmente, los núcleos de helio-4 ejercen un efecto estabilizador en la sopa de partículas que compone el plasma. Además, la producción de estos núcleos contribuye a incrementar aún más la temperatura del gas, acelerando la generación de nuevos núcleos de helio-4 e incrementando la producción neta de energía.
No cabe duda de que esta es una gran noticia que, si finalmente se consolida, representará un paso muy importante hacia delante en el esfuerzo por resolver el desafío que plantea la estabilización del plasma. Aún queda mucho por hacer. Muchos retos que también deberán ser superados. Pero parece que con esfuerzo poco a poco seguimos avanzando hacia una nueva forma de obtención de energía que puede llevarnos de la mano de las energías renovables hacia un futuro más esperanzador.
Imágenes | ITER
Más información | EUROfusion
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55 comentarios
juandoe
La energía del futuro
Siempre le queda 50 años para estar lista...
KOROtito
RESUMIENDO:
Que el plasma esta muy caliente, y nesecita mucho frio.
Que lo construyan en Burgos y pueden meter el plasma en una botella si quieren...
royendershade
Personalmente creo que, sin dejar estas lineas de investigacion, habria que centrarse en los reactores de IV generacion, y en quitar prejuicios a muchos que no entienden que a las renovables les falta mucho para ser realmente limpias. Pero vamos, que buena noticia todo lo que sea avanzar hacia un sistema de fusion util.
PD: Un artículo sin videos metidos con calzador, esto merece una celebración.
pcaballero
Bueno, eso decían de la nuclear, la eólica, e incluso de la fotovoltáica de la que hablas.
Esta nueva fuente de energía es simplemente mucho más compleja, pero también será mucho menos contaminante, mucho más eficiente y sobre todo, podrá suministrar cantidades virtualmente ilimitadas de energía.
Aunque soy un firme defensor de las renovables, hasta hace muy pocos años se gastaba más energía en construir, trasnportar, instalar y reciclar los paneles que la generaban durante su vida útil. Afortunadamente esto ya ha cambiado, y la eficiencia sólo mejorará a la par que su coste disminuirá.
En el futuro, se usará un mix de renovables para aquellas zonas alejadas y con poca demanda, y de fusión para zonas densamente pobladas.
catafractario
Felicito al autor del artículo. Muy divulgativo y perfectamente accesible a los que sean más o menos legos en la materia.
Ojalá todos las entradas de Xataka tuvieran esta calidad.
Y lo de poder construir en un futuro reactores de fusión 65 veces más compactos... ¡Guau! Cuando podamos hacer eso podremos construir naves espaciales como la "Discovery" de "2001, una odisea del espacio".
vanaxmi
Yo sé cómo lograr que todo el proceso funcione, pero quiero que sean los científicos los que lo descubran porque así es como se aprende.
Si veo que se atascan igual les doy una pista, ojo.
salsasan
Con esta lectura me viene una sola cosa a la mente: motor warp de Miguel Alcubierre, un paso más.
labandadelbate
Cuando quieran terminar esto o ya tenemos toda la energía renovable, o hemos tenido la tercera guerra mundial.
Con lo que han invertido en el ITER más de media Europa tendria paneles solares en sus tejados.
ivan5691
¿Será posible construir reactores nucleares de fusión de bolsillo para alimentar nuestras casas y nuestros vehículos?
skanskan_1
España debería invertir en construir su propio reactor de fusión, y no llegar tarde como casi siempre.
El sol está sólo a 15 millones de grados, pero se os olvida que el sol mide 1300 millones de metros de diámetro, mientras que el reactor llega a los 150 millones pero apenas mide unos metros.
recluso
Puede que el futuro sea la fusión, pero el presente es la fisión, y con las centrales de última generación no sería un mal presente de no haber tanta demagogia con respecto a ellas.
sanamarcar
La verdad que teniendo el sol gratis... si lo que si hubiera invertido en esto, se hubiera invertido en solar, pues no sé donde estaríamos. Y en baterías. La fusión la energía del futuro, y siempre lo será, como decían sus detractores.
Ricardo
el ITER no genera energía por sí mismo, una vez alcanzado el plasma de 150 millones de grados se utilizará para hervir agua y esa agua caliente circula a un motor que realmente genera la energía; exactamente igual que una central de fisión de uranio, termoeléctrica o gas.
El plasma es radiactivo, y los objetos materiales que toque será radiactivos , uno de los problema del ITER es tener que reemplazar el contenedor del gas después de un tiempo de uso por otro contenedor limpio y tirar el viejo que ya es radiactivo. Igual en los reactores de fisión actuales. En ambos casos el funcionamiento de un único ITER no es rentable con los precios kWh actuales excepto que este masivamente subvencionado igual que fisión de uranio, termoeléctrica o gas.