Durante los últimos meses ITER ha acaparado todas las miradas. El reactor de fusión nuclear que un consorcio internacional está construyendo en la localidad francesa de Cadarache, y en el que la Unión Europea tiene una participación muy importante, ha realizado progresos muy relevantes durante los últimos doce meses. Sin embargo, ITER no es la única baza de la humanidad para hacer posible la fusión nuclear comercial.
El propósito de estos reactores es fusionar los núcleos de deuterio y tritio que contiene el combustible con el que los alimentamos para obtener una enorme cantidad de energía. El subproducto de esta reacción es un núcleo de helio-4 ionizado y un neutrón de alta energía, que es la partícula que en última instancia utilizaremos para obtener electricidad.
Para hacerlo posible es preciso transformar la energía que contiene este neutrón (aproximadamente 14 MeV) en energía eléctrica mediante un proceso muy similar al utilizado actualmente en las centrales nucleares de fisión. A grandes rasgos este procedimiento consiste en calentar el agua contenida en un depósito hasta transformarla en vapor y aprovechar su energía cinética para generar energía mécanica mediante una turbina. Después se obtiene la energía eléctrica derivando esta energía mecánica a un alternador.
Dos estrategias: confinamiento magnético y confinamiento inercial
La estrategia que utiliza ITER para hacer posible la fusión de los núcleos de deuterio y tritio consiste en confinar el gas que los contiene en un campo magnético y calentarlo hasta que alcance una temperatura de 150 millones de grados centígrados. A esa temperatura los núcleos adquieren la energía cinética necesaria para vencer su repulsión eléctrica natural (ambos tienen carga eléctrica positiva, por lo que se repelen) y fusionarse. Este es el objetivo.
Los núcleos de deuterio y tritio se fusionan cuando el plasma alcanza una temperatura de 150 millones de ºC
Este procedimiento se conoce como fusión nuclear mediante confinamiento magnético, pero no es la única estrategia de la que disponemos para provocar que el deuterio y el tritio, que son dos isótopos del hidrógeno, se fusionen con el propósito de obtener una gran cantidad de energía. También existe otra estrategia conocida como fusión nuclear mediante confinamiento inercial.
Esta última tecnología, a diferencia del confinamiento magnético, no recurre a un campo magnético de una potencia enorme para evitar que el plasma toque las paredes de la cámara de vacío que lo contiene. En lugar de utilizar una botella magnética lo que propone es usar una cantidad de combustible muy pequeña, en forma de pequeña bola de deuterio y tritio, y conseguir que implosione concentrando sobre ella de forma súbita la energía de una gran cantidad de láseres de alta potencia.
De esta manera el combustible se condensa con una violencia tremenda para lograr que la probabilidad de que los núcleos de deuterio y tritio se fusionen sea muy alta. Esta técnica está siendo desarrollada principalmente en Estados Unidos, y, aunque inicialmente arrojó buenos resultados, ha tropezado con dos problemas muy importantes: la rentabilidad energética, que es el punto en el que obtenemos más energía mediante la fusión que la que hemos invertido para desencadenarla, está aún lejos, y, además, la reacción se vuelve inestable de una forma inmediata.
Esta instantánea fue tomada durante la construcción del experimento NIF, a finales de los 90. La cámara esférica que podemos ver en ella tiene unas paredes de aluminio con un grosor de 10 cm.
1,3 megajulios representan un espaldarazo para la fusión por confinamiento inercial
La mayor parte de la investigación en fusión nuclear mediante confinamiento inercial se está llevando a cabo en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, situado en California (Estados Unidos). En el interior de estas instalaciones reside el experimento NIF (National Ignition Facility), que es, precisamente, el proyecto que persigue demostrar la viabilidad técnica y comercial de la fusión nuclear por confinamiento inercial.
Su construcción comenzó en 1997, y los primeros experimentos se llevaron a cabo en 2009 después de invertir en la puesta a punto de esta máquina, que aglutina nada menos que 192 láseres de alta potencia muy sofisticados, varios miles de millones de dólares. Las primeras pruebas relativamente exitosas se demoraron hasta 2014, pero la cantidad de energía generada mediante la reacción de fusión era muy baja, por lo que la rentabilidad energética quedaba aún abrumadoramente lejos.
Desde entonces los científicos involucrados en NIF se han dedicado sobre todo a optimizar los láseres y el encapsulado que contiene el combustible, pero también han continuado haciendo pruebas. La última tuvo lugar el pasado 8 de agosto, y fue tan exitosa que estos investigadores, espoleados como confiesan ellos mismos por su entusiasmo, han decidido publicar hace tan solo unas horas el prometedor resultado que han obtenido.
Y es que después de introducir en NIF los últimos ajustes que han ideado, entre los que merece la pena destacar la puesta a punto de un encapsulado de diamante que optimiza la absorción de los rayos X que provocan la condensación de los núcleos de deuterio y tritio, han conseguido generar nada menos que 1,3 megajulios de energía. Esta cantidad equivale a 1 300 000 julios, y es mucha energía. Muchísima.
La reacción solo se sostuvo durante una ínfima fracción de un segundo, pero fue tiempo suficiente para entregar esta enorme cantidad de energía. El rendimiento de NIF en esta prueba ha sido ocho veces más alto que el que arrojó durante los tests de la pasada primavera, y nada menos que veinticinco veces superior al de las pruebas de 2018, que en su momento marcaron un nuevo récord.
En el experimento NIF los haces láser penetran en el interior de la cápsula de diamante por las aberturas de los extremos, provocando que el combustible se caliente y se comprima de forma súbita para dar lugar a la fusión de los núcleos de deuterio y tritio.
Este resultado nos invita a ser razonablemente optimistas. De hecho, varios científicos ajenos a este proyecto, y que, por supuesto, no trabajan en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, se han mostrado esperanzados con este hito.
El resultado de la prueba llevada a cabo en NIF el pasado 8 de agosto aún debe ser sometido a una revisión por pares, y, por supuesto, esta tecnología todavía se enfrenta, entre otros grandes desafíos, a la enorme ineficiencia de los láseres sobre los que se sostiene. Pero ilusiona. Y, sin lugar a dudas, nos anima a seguir la pista no solo a ITER; también al trabajo que están realizando los científicos que se dedican a la fusión nuclear mediante confinamiento inercial.
Imágenes | Laboratorio Nacional Lawrence Livermore
Más información | Laboratorio Nacional Lawrence Livermore
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50 comentarios
mad_max
Es aquí donde gente que no tiene ni idea dice que X tecnología nunca va a ser algo útil solo porque llevan leyendo noticias sobre ella desde antes de que se estrenara juego de tronos? Y para colmo aun no pueden "poner uno en casa". 🥱
Pues voy pillando sitio justo en frente de los chistes del grafeno, los nanotubos de carbono y el Tesla Roadster.
Que visión mas limitada y decadente tiene el ser humano actual.
martindione
¨han conseguido generar nada menos que 1,3 megajulios de energía. Esta cantidad equivale a 1 300 000 julios¨ Como que no hace falta la aclaración, no?
lopez
Un pequeño gran avance, pero aún nos faltan décadas hasta que puedan sustituir a las de fisión.
Adrián
Todo, para mover, una turbina de vapor, nuestra vieja y probada tecnología.
royendershade
Para quienes podáis no aclararos con esto de los Julios: 1 Julio es una de las unidades de medida de energía más empleadas en física. 1 W equivale a 1 J/s.
Es decir, suponiendo que hubiera durado 1 s el experimento se habrían generado en ese tiempo 1,3 MJ, y hablaríamos de la generación de 1,3 MW.
Para ponernos en perspectiva, y si no me equivoco (corregidme si sabéis mejor el dato), en 1 año 10.000 viviendas gastan en torno a 1000 MW.
En este caso se habla además de una fracción de un segundo, y se entiende que es muy pequeña, por lo que fácilmente hablaríamos de 10 a 1000 veces más energía en un segundo, en cuyo caso, si pudiera aprovecharse toda podríamos hablar de generar energía, en un segundo, para un pueblo de cierto tamaño.
Ahora bien, poder generar esa cantidad de energía en bruto, incluso aunque fuera de forma sostenida, no implica poder aprovecharla toda: al final no nos libramos de una serie de procesos de transformación que harían que la energía vertida finalmente a la red fuera bastante menor. Aún así seguiríamos hablando de cantidades de energía al nivel de los principales sistemas de producción que tenemos hoy día, pero en teoría mucho más limpia.
Todo esto dependería totalmente de la eficiencia de esos procesos de transformación y de nuestra capacidad tecnológica para transformar tal cantidad de energía.
Por todo esto es por lo que al final lo que realmente va a importar es conocer cuantos MWe (MW eléctricos) puede generar el sistema una vez construido e instalado, que es lo que realmente podríamos aprovechar.
ult
"1.300.000 julios muchísima energía" ja,ja,ja 😂😂🤦
Por favor....."Un litro de gasolina proporciona al arder una energía de 34,78 mega julios" Wikipedia
Como curiosidad no se suele utilizar la medida en julios por la unidad es demasiado pequeña.
niako
Si, siempre estara esa gente que desde la ignorancia, prefrieren que nos movamos a pie, bicicleta o en caballo y que se cultive los alimentos en improductivos pero "ecologicos" huertos unifamiliares.
Eso si, todo opinado desde sus iphone de ultima generacion, desde sus pisos en el centro de la ciudad. Y mientras esos cambios se aplican, arrojando a la vez criticas de sobre por que suben los precios de la electricidad o de los alimentos.
lang
Igual de cara a ayudar, se podría convertir los 1,3MJ a una unidad de energía con la que estamos todos más familiarizados como el kWh con el que pagamos la electricidad (aunque igual sale una cifra menos espectacular que los 1.300.000J).
Seguro que ayuda a poner en perspectiva esa inmensa cantidad de energía:-D
Todo esto sin quitar mérito al logro científico que creo que lo tiene y mucho.
miguelrogerpujadasmunar
hombre , para mi es como si me dan la velocidad de un coche en parsecs, pues que no tengo referencias de que velocidad es, o un año luz, te haces una idea , pero cuando lo pasas a lo cotidiano (km/h) ves que es una burrada de rápido.
con lo de los julios , no se si tenemos tan claro una equivalencia.
Víctor Demóstenes
Interesante artículo. ¡Gracias!
Sería interesante también volver a oír del Stellarator. Tengo entendido (aunque quizá me equivoque) que es más interesante que el Tokomak porque utiliza campos magnéticos "3D" para el confinamiento. Esos campos eran en su día difícil de diseñar y de controlar, por lo que se prefirió el Tokomok por su sencillez. Pero con lo que ha avanzado la computación y el control de los campos magnéticos (también gracias el CERN, supongo), podría ser una alternativa. (Sin embargo, el Tokomak a estas alturas acumula mucha inercia y apoyo institucional).
Busindre
Todo, el artículo, los comentarios, está muy bien pero, y la factura mensual?
davidv01
¡Grados CELSIUS!
Me alegra que hayan avances en este campo, se necesita recobrar la fe en las centrales nucleares más que nunca. Queda la cuestión de cuánta energía puede producir de forma sostenida.
Escepticum
Es verdad que esto de la energía de fusión es complicado de narices. Mantener una reacción que requiere millones de grados de temperatura para que pueda producirse tiene tela: no hay material - de momento que se sepa - que aguante la "llama". Lo realmente llamativo de esta carrera por la fusión es que el proyecto europeo acumula doce años de retraso y varios miles de millones de euros de sobrecoste y con cierta frecuencia se tienen noticias de iniciativas no tan costosas (China, USA, Japón... ) en las que se constata pequeños avances en tecnologías alternativas al del tokamak - por cierto esta palabra es un acrónimo ruso - por lo que uno no sabe si la manera de acometer este proyecto a lo "bestia" (BEAST Bureaucracy European "despilfArry" System Typically ) es la más conveniente. Particularmente me inclino por inversiones menores, diversificadas en cuanto a tecnologías, a manera de tanteo, y la existencia de una sana competencia científica. Seguramente se aprende más, se gasta menos y se llega antes al final. El tiempo dirá.
migueeee
Una cucharadita de grafeno y media de nanotubos de carbono y hala, a cargar Teslas.