Mientras que en la ciencia ficción se dice que en 2040 los humanos ya dominan y explotan la energía por fusión nuclear, en la vida real eso se ve tan lejos porque aún faltan muchos huecos por cubrir en torno al conocimiento científico y al desarrollo tecnológico.

De acuerdo con la serie “The expanse” la cual está situada en 2040, en ese año la humanidad ya colonizó el Sistema Solar en gran medida gracias a la obtención y utilización de la energía obtenida por fusión nuclear, porque ella permite tener energía casi de manera ilimitada.

En tanto, en la ciencia real esto se ve aún muy lejano, a pesar de que en diciembre pasado se haya anunciado con bombo y platillo que en el experimento National Ignition Facility (NIF), del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, en Estados Unidos, se produjera por primera vez, a través de la fusión nuclear, más energía de la que se utiliza.

La publicación de este hito científico en los medios de comunicación trajo consigo bastantes imprecisiones y exageraciones, incluso se decía que próximamente ya se podría comercializar este tipo de energía.

Ante este panorama y para poner en su justa dimensión esta noticia, la Unidad de Comunicación de la Ciencia, del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN) de la UNAM, decidió destinar su coloquio de divulgación del mes de febrero a este tema y para ello invitó a uno de los investigadores especialista en el tema: el doctor Julio Herrera.

Durante su charla “Logros y Exageraciones en Fusión Nuclear”, el investigador explicó de manera clara, sencilla y amena los conceptos básicos del tema. Empezó por aclarar que la fusión nuclear es la unión de dos núcleos ligeros para formar otro más pesado y se genera energía porque el peso del núcleo resultante es menor que la suma de los pesos de los núcleos más ligeros.

Señaló que no todas las fusiones producen la misma energía, sino que depende de los núcleos que se unen. Por ejemplo, la reacción más sencilla de obtener es la de isótopos del hidrógeno, tales como deuterio y tritio.

Aunque se dice que es la reacción más fácil de conseguir, la realidad es que no es tan fácil, hay un pequeño inconveniente: los núcleos de los átomos están cargados positivamente, por lo tanto, se repelen.

Si bien las reacciones de fusión se han estudiado desde hace varias décadas en aceleradores de partículas, durante más de 70 años, científicos y científicas en todo el mundo se han “quebrado la cabeza” para ver de qué manera obtenienen más energía que la invertida en el proceso.

Originalmente se propuso el confinamiento magnético, y más tarde, con la invención del láser se propuso el confinamiento inercial como una alternativa.

En la fusión por confinamiento magnético se lleva a los isótopos a temperaturas tan elevadas que alcanzan millones de grados, de modo que los átomos se disocian y se tiene un plasma, el cual consiste en una mezcla de gases de partículas con cargas positiva (los núcleos) y negativa (electrones). Tratándose de partículas cargadas, pueden ser confinadas por campos magnéticos.

El segundo tipo de confinamiento se logra mediante haces de luz láser los cuales comprimen una cápsula de combustible, en donde se forma un plasma, consiguiendo las condiciones de densidad y temperatura necesarias para que los núcleos venzan la repulsión debida a sus cargas, hasta que se realiza la fusión.

En diciembre de 2022 el láser más grande y potente del mundo, el cual está conformado por un conjunto de 192 haces de luz, fue dirigido hacia una cavidad de oro, dentro de la cual se encuentra una cápsula de diamante de aproximadamente medio centímetro de diámetro, la cual contenía, a manera de combustible, deuterio y tritio.

En menos de una billonésima de segundo, la energía de este láser comprimió el combustible unas 10 mil veces su tamaño original y lo calentó a una temperatura 10 veces superior a la del centro del Sol.

Fue así como por primera vez en la historia, a partir de la fusión nuclear se obtuvo una ganancia neta de energía, es decir, se obtuvo más energía que la suministrada por los láseres.

Esto significa que las propias reacciones de fusión abastecieron de energía para mantener el plasma y propagar la combustión, aunque fuera una billonésima de segundo.

De acuerdo con reportes técnicos citados por el doctor Julio Herrera, el láser suministró 2.05 megajoules (MJ) y se obtuvieron 3.15 MJ, energía suficiente para poner a funcionar a un par de cafeteras.

Pero esta es solo la energía que se suministró; lo que no se dijo es que para echar andar ese láser tan potente se necesitan alrededor de 322 MJ, y que en la instalación de NIF solo se pueden realizar uno o dos disparos diarios.

Esto nos dice que aún estamos lejos de que este tipo de energía se pueda escalar a la industria. Para ello se necesitaría alcanzar al menos una relación de potencia ventajosa de Q=30, donde Q es la potencia de energía generada dividida por la potencia que el reactor necesita para funcionar.

Para que nos demos una idea, si bien la relación entre la energía de fusión respecto a la de los láseres en NIF fue 1.5, si se compara con la energía necesaria para los láseres, lo que se alcanzó fue un Q=.01.

Además, hay otros desafíos científicos y tecnológicos a vencer, por ejemplo, se necesitarán láseres más eficientes y aumentar las repeticiones de las implosiones o disparos del láser.

Si bien actualmente sólo se puede hacer uno por día, si se piensa escalarlo a la industria, se necesitarán varios disparos por minuto. Asimismo, se ocuparán blancos más económicos, ya que el que se usó en este experimento costó alrededor de 10 mil dólares, dijo el doctor Julio Herrera.

Si hay tantos desafíos por vencer, entonces, ¿por qué se anunció este avance cómo el gran logro de energía limpia? Vámonos despacio y analicemos el contexto político y social de esta noticia.

El doctor Julio Herrara informó que NIF es un experimento que costó alrededor de tres mil y medio millones de dólares y tenía previsto que en 2012 daría los resultados que apenas logró.

Además, justo en a finales de 2022 se les iba acabar el financiamiento y tendrían que pedir más recursos.

Estados Unidos no es el único interesado en el mundo en producir energía por fusión nuclear. Hay varias naciones y empresas que están muy interesas y que realizan importantes inversiones en investigación y desarrollo. Independientemente del anuncio del 13 de diciembre, los reactores de fusión nuclear más populares, en los que se ha invertido mayor esfuerzo, son los reactores Tokamak, un acrónimo ruso de cámara toroidal con bobinas magnéticas.

De 1954 a la fecha se han construido alrededor de 60 Tokamaks de distintos tamaños en todo el mundo. Actualmente se construye en Cadarache, Francia el International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), con la participación de China, la República de Corea, Estados Unidos, India, Japón, la Federación Rusa y la Unión Europea. Cada uno de estos socios mantiene programas de fusión basados en el Tokamak.