El camino que nos conduce hacia la energía de fusión comercial está repleto de retos, y algunos de ellos son titánicos. La ciencia básica que reside en la base de esta tecnología no tiene secretos para los físicos. De hecho, coquetean con ella desde los años 40 del siglo pasado. Sin embargo, llevar a la práctica ese conocimiento desencadena desafíos en el ámbito de la ingeniería que es imprescindible resolver.
Este es, precisamente, el propósito que tienen los reactores experimentales de fusión en operación actualmente, como JET, que está instalado en Oxford (Inglaterra), o JT-60SA, que reside en Naka (Japón). Y también es el objetivo de unos proyectos tan ilusionantes como lo son ITER, IFMIF-DONES o DEMO. Entre todos estos desafíos hay uno especialmente complejo en el que los investigadores trabajan desde los primeros tiempos de la fusión nuclear. Desde entonces los técnicos han ideado varias estrategias para resolverlo, aunque hay una en particular que pinta sorprendentemente bien.
La estabilización del plasma, el mayor reto de la fusión por confinamiento magnético
Podemos imaginar de una forma intuitiva un reactor de fusión nuclear como una olla a presión en la que se cocinan dos ingredientes esenciales: deuterio y tritio. Para conseguir que los núcleos de estos dos isótopos del hidrógeno se fusionen y liberen el neutrón que en última instancia nos va a permitir obtener una gran cantidad de energía es necesario confinarlos en un plasma extremadamente caliente. De hecho, para que este proceso tenga lugar debe alcanzar una temperatura de al menos 150 millones de grados Celsius.
Someter los núcleos de deuterio y tritio a la presión y la temperatura necesarias para conseguir que se fusionen ya no es un problema
Los científicos saben cómo hacerlo, por lo que someter los núcleos de deuterio y tritio a la presión y la temperatura necesarias para conseguir que se fusionen ya no es un problema. Lo que sí representa aún un reto es lograr mantener las turbulencias bajo control. De lo contrario el plasma se desestabilizará, su densidad en las regiones críticas se verá afectada y el sostenimiento de la reacción de fusión a lo largo del tiempo no será posible. Los mecanismos que rigen este proceso son muy complejos, pero poco a poco los físicos y los ingenieros que trabajan en la energía de fusión están consiguiendo entenderlos mejor.
A grandes rasgos lo que pretenden es minimizar la turbulencias para que la pérdida de energía del plasma sea mínima. Dos de las herramientas con las que cuentan estos técnicos son la inteligencia artificial, que está jugando un papel muy importante en la comprensión de los mecanismos que rigen el comportamiento del plasma, y los imanes superconductores ReBCO. De hecho, el reactor de fusión SPARC que está construyendo la empresa estadounidense Commonwealth Fusion Systems (CFS) los utiliza. Y probablemente este tipo de imanes también llegará a DEMO. No obstante, hay otra herramienta más que puede jugar un rol crucial: las microondas.
Un equipo de investigadores del Instituto de Física y Tecnología de Kharkiv, en Ucrania, y de la Universidad de Kioto, en Japón, ha llevado a cabo un experimento extraordinariamente prometedor en el que han logrado mejorar la estabilización del plasma utilizando microondas de baja frecuencia (2,45 GHz). En su artículo científico explican con mucho detalle que el resultado que han obtenido excede sus expectativas debido a que las microondas contribuyen de una forma muy significativa a la preservación de la densidad del plasma.
Las microondas de baja frecuencia contribuyen de una forma muy significativa a la preservación de la densidad del plasma
Es probable que los reactores de fusión nuclear comerciales que, si todo sigue su curso, llegarán durante la década de los años 60 de acuerdo con las previsiones de EUROfusion implementen todas estas estrategias. Puede que incluso cuenten con algunas más que los investigadores que trabajan en esta disciplina quizá pongan a punto en el futuro. Cada contribución en esta área cuenta, y la que han hecho estos investigadores ucranianos y japoneses es de las importantes.
Las tecnologías involucradas en la puesta a punto de los reactores de fusión se están desarrollando a muy buen ritmo, por lo que imaginar un futuro en el que nuestras necesidades energéticas estarán cubiertas totalmente por un mix de energías renovables y fusión nuclear no parece ninguna utopía. Este es al fin y al cabo el propósito que da sentido al complicado, y, por qué no decirlo, también conflictivo, proceso de transición energética en el que la humanidad se ha embarcado en su conjunto.
Imagen de portada: ITER
Más información: Universidad de Kioto - Instituto Kharkiv
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