Un paso para alcanzar la energía de fusión
( Publicado en Revista Creces, Mayo 2003 )
No ha sido fácil avanzar en el proceso de fusión nuclear y algunos creen que nunca se llegara a dominarla, como para producir energía utilizable. Pero por lo menos ahora se ha logrado la fusión nuclear.
Si pudiéramos imitar al sol podríamos disponer de una fuente ilimitada de energía, que además de no ser contaminante, no produciría gases invernadero y no dejaría residuos radioactivos significativos. Ello ha sido un sueño durante casi cincuenta años, que ha condicionado costosos esfuerzos y elucubraciones hasta ahora estériles. Entre algunos expertos pesimistas circula un chiste cruel: "la posibilidad de llegar a producir energía de fusión está a cuarenta años de distancia, y por siempre será así”.
Pero el esfuerzo continúa y parece que ahora se ha alcanzado un avance importante. Por primera vez se ha logrado la fusión nuclear, utilizando la energía liberada por una bomba de hidrógeno controlada. Según los investigadores del reactor "Z-pinch" en Sandia National Laboratory en Alburquerque, New Mexico (competencia del muy costoso proyecto titulado "International Thermonuclear Experimental Reactor"), estos resultados significan un paso significativo para alcanzar a la utilización de la energía liberada por fusión.
En teoría el principio de fusión parece ser muy simple: lograr generar una mezcla suficientemente caliente (sobre 100 millones ºC) como para fusionar los núcleos de deuterio (isótopo del hidrógeno) y de tritio, con lo que se obtendría una colosal cantidad de energía limpia (figura 1). Pero hasta ahora este objetivo no ha sido posible, ya que el camino ha estado lleno de dificultades prácticas. El primer gran desafío está en alcanzar la temperatura y la presión necesaria para que se produzca la fusión. Pero luego viene el segundo problema, que consiste en ser capaz de captar eficientemente la energía producida para convertirla en electricidad.La principal esperanza está en la iniciación de un costoso programa nuevo que se ha denominado "International Thermonuclear Experimental Reactor” (ITER) en que se pretende usar un poderoso campo magnético y energía de radio-frecuencia, para confinar y aplastar el deuterio y el gas tritio. El proyecto que ya parecía haberse abandonado, está ahora siendo revivido con el diseño de maquinarias más sofisticadas, junto a una rebaja de sus costos, en relación a lo que se había ensayando antes mediante el llamado "Join European Torus" (JET). Con todo, este nuevo proyecto se eleva a la no despreciable suma de 5 mil millones de dólares, que esta vez están siendo reforzados por la decisión de Estados Unidos de reincorporarse a él (antes se había negado a participar).
Mientras tanto el programa Z-pinch más modesto (132 millones de dólares), representa una aproximación relativamente más factible y barata. Mediante él se pretende presionar el proceso de fusión, usando una pequeña cantidad de energía proveniente de una red de poder local (equivalente a la que se necesitaría para alimentar unos cien hogares) por un periodo de un par de minutos. Esta energía se almacena en la maquinaria y luego se libera en un estallido que dura exactamente 75 billonésimas de segundo. Esto produce una fugaz corriente de 20 millones de amperes a través de una red cilíndrica de un alambre de tungsteno, suficiente como para vaporizarlo y colapsarlo (figura 2). Los rayos X que esto genera golpean una cápsula de hidrógeno del tamaño de una arveja, enterrada en el corazón del cilindro, lo que causa una gran explosión y presión de átomos. "En el momento en que la onda golpea, se siente un temblor que remece todo el edificio", dice Ray Beeper, director del proyecto.
Concentrar eventualmente la energía en una área tan pequeña y en tan corto tiempo, fue la clave para el desafío que requería el exitoso ensayo realizado el año recién pasado (New Scientist, Junio 1 de 2003, pág. 13). Ahora, en un paso más, los investigadores han agregado el combustible de hidrógeno, con lo que lograron detectar la formación de una corriente de neutrones, lo que es un signo inequívoco de que ocurrió realmente la fusión (figura 1).
Estos resultados, presentados en una conferencia por Beeper, deberán ser continuados en una segunda etapa que va a necesitar previamente convertir el Z-pinch en un prototipo real de reactor, lo que va a costar 60 millones de dólares. En esta segunda etapa tiene por objeto absorber la energía producida por los neutrones mediante una mezcla líquida fluoruro-litio-berilio, la que luego sería usada para producir vapor y así mover las turbinas que transformarían la energía en electricidad.
Según Rob Goldston, director del programa "Física del Plasma, del Departamento de Energía de los Estados Unidos en Princeton, New Jersey, absorber los neutrones en un líquido significa una ventaja potencial del programa Z-pinch sobre el programa ITER, en que hay un plasma confinado magnéticamente donde los neutrones para salir tienen que pasar a través de una muralla sólida, con lo que pierden energía antes de ser absorbidos.
Claro que hay que anotar, dice Goldston, que la cantidad de energía que el Z-pinch ha logrado (4 millijouls) es mucho menos de lo que estaba logrando la maquinaria de confinamiento magnético en la década de los años 70. "Por ahora hay que señalar que sólo están en la etapa de exploración del concepto de fusión" (New Scientist, Abril 19 del 2003, pág. 21).