Tokamaks, estelarators, tecnologías basadas en láser y diseños alternativos: un informe recoge los dispositivos de fusión del mundo
Desde los primeros experimentos realizados en los años cincuenta, ha sido un desafío replicar en nuestro planeta la energía de las estrellas. Hoy, científicos e ingenieros siguen trabajando para alcanzar una meta: emitir esta energía prácticamente ilimitada. A lo largo de los años han diseñado y construido una amplia gama de dispositivos experimentales, como el tokamak, el estelarator y las tecnologías basadas en láser.
A nivel internacional, se ha iniciado la operación, la construcción o la planificación de más de 130 dispositivos de fusión en el sector público o privado. A modo de reseña de la diversidad de dispositivos y enfoques, el OIEA publicó recientemente un informe titulado World Survey of Fusion Devices 2022, en el que se enumeran y explican los dispositivos de fusión del Brasil, Costa Rica, España y el resto del mundo. La publicación complementa los datos disponibles en el Sistema de Información de Dispositivos de Fusión del
“Si se hiciera realidad, la fusión beneficiaría a todos los países y coexistiría con la energía nucleoeléctrica y otras formas de energía sostenible, para apoyar la mitigación del cambio climático y contribuir a la canasta de energía”, dice Matteo Barbarino, Especialista en Plasma de Fusión Nuclear del OIEA.“Investigadores e ingenieros de todo el mundo están estudiando diferentes diseños de dispositivos de fusión para hacer avanzar la ciencia. En nuestra nueva publicación ofrecemos una visión general detallada de las actividades de investigación y desarrollo en este ámbito, partiendo de las capacidades de esos dispositivos”, concluye el Sr. Barbarino.
La fusión nuclear es una reacción en la que dos núcleos atómicos ligeros se combinan para formar un solo núcleo, al mismo tiempo que se emiten enormes cantidades de energía. Sin embargo, para lograr una reacción sostenida y controlada de fusión, deben resolverse un sinfín de desafíos técnicos y científicos. El combustible (isótopos del hidrógeno) debe confinarse a una presión intensa y temperaturas extremadamente elevadas, muchas veces más altas que las del núcleo del Sol.
Día tras día, se progresa considerablemente. Más de 30 países han realizado experimentos de fusión con diferentes tipos de dispositivos y en ocasiones han logrado producir reacciones de fusión; sin embargo, estas han sido de corta duración y no han conseguido generar cantidades de energía aprovechables.Este nuevo informe dedica cada capítulo a una clase de diseño, y proporciona detalles como su nombre, situación, propietario, organización y país anfitrión, así como una breve descripción de sus objetivos y principales características. También incluye estadísticas sobre publicaciones, financiación y muchos otros datos, con el objetivo de brindar un panorama general de las iniciativas actuales en el ámbito de la fusión.Los dispositivos más habituales en las investigaciones sobre la fusión son de tipo tokamak o estelarator. Estos se basan en el enfoque del confinamiento magnético: poseen grandes imanes que controlan el movimiento del plasma en el que ocurre la fusión. Según el informe, existen más de 50 tokamaks y una decena de estelarators en operación en el mundo.
Asimismo, 35 países participan en el proyecto de construcción del tokamak más grande del planeta, el ITER, ubicado en Francia.Un segundo enfoque se denomina “inercial”. En él, se emplean láseres de alta potencia (u otros métodos) para calentar y comprimir diminutas cápsulas esféricas que contienen pastillas de combustible. En diciembre del año pasado, la Instalación Nacional de Ignición (NIF) de los Estados Unidos logró un avance importante para el ámbito de la fusión al generar unos 3,15 megajulios (MJ) de energía tras haber empleado 192 láseres que habían inyectado 2,05 MJ. “Este año podemos afirmar que ya hemos alcanzado algunos hitos, como plasmas en condiciones de quemado, la ignición por fusión y la ganancia de una energía mayor a la unidad empleada: una situación que resulta extraordinaria”, explica Omar Hurricane, Científico Jefe del Programa de Fusión por Confinamiento Inercial del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en los Estados Unidos.En el informe también se describen diseños alternativos; por ejemplo, utilizar haces de iones generados por aceleradores de partículas y hacerlos colisionar entre sí, de forma que la fusión se produzca en el punto en el que colisionan, o intentar emplear combustibles que no estén compuestos por isótopos del hidrógeno (tritio y deuterio), como la fusión protón‑boro 11 (p‑B 11).
Para demostrar que puede producirse electricidad neta a partir de la energía de fusión, cada vez hay más iniciativas de diseño y construcción de centrales de demostración de la fusión (DEMO), que hoy cuentan con inversiones del sector privado. Uno de los capítulos del informe abarca los 12 conceptos de DEMO, que se encuentran en diversas fases de desarrollo y cuya fecha de finalización difiere en diversas partes del mundo, pero tendrá lugar en los próximos 30 años. “Hemos avanzado considerablemente en el estudio de la fusión y sus bases científicas, pero todavía nos queda mucho por hacer antes de que se convierta en una fuente de electricidad en la práctica”, dice el Sr. Barbarino [1].
La transición a un modelo energético sostenible y más respetuoso con el medio ambiente en la que nos hemos embarcado como sociedad plantea muchos desafíos.
Uno de los más acuciantes requiere encontrar la forma de satisfacer nuestras necesidades energéticas sin provocar emisiones contaminantes, lo que ha colocado en el centro de atención a las dos fuentes de energía que encajan en este requisito: las renovables y la fisión nuclear.
Sin embargo, en el horizonte se perfila otra tecnología de obtención de energía extraordinariamente prometedora y de la que ya hemos hablado en muchas ocasiones en Xataka: la fusión nuclear.
Los retos que es necesario superar para poner a punto el primer reactor de fusión comercial son numerosos, pero este es, precisamente, el propósito de ITER, IFMIF-DONES y DEMO: guiarnos con paso firme hacia la fusión nuclear comercial.
EUROfusion, que es la organización europea que supervisa y coordina el proyecto ITER, ha definido un itinerario que prevé hacer posible la fusión nuclear comercial durante la década de los 60. El próximo gran hito en este camino llegará, si todo sigue su curso, en 2025.
Este será el año en el que los técnicos finalizarán el ensamblaje del reactor de fusión nuclear y llevarán a cabo las primeras pruebas con plasma. Pero parece que otro proyecto podría adelantárseles. Y su respaldo económico procede de la iniciativa privada.
Helion Energy es una empresa emergente muy joven (fue fundada en 2013), pero, como veremos más adelante en este artículo, ya ha alcanzado algunos hitos importantes vinculados a la tecnología involucrada en la fusión nuclear. Su propósito es llegar a la fusión comercial muy pronto. Anticiparse a todos los demás.
De hecho, planea demostrar que su reactor de fusión nuclear es capaz de sostener la reacción, generar un beneficio energético neto y producir electricidad en 2024. Si lo cumple, algo que aún está por ver, logrará adelantarse un año a las primeras pruebas con plasma de ITER.
Curiosamente, la aproximación a la fusión nuclear de Helion es diferente a la de ITER. La geometría de su reactor no responde al diseño tokamak utilizado por este último, y el combustible que utiliza no es una combinación de deuterio y tritio, sino una mezcla de deuterio y helio-3.
Su reactor toma algunos de los principios fundamentales de la fusión nuclear mediante confinamiento magnético utilizada por ITER, y también varias ideas de la fusión por confinamiento inercial respaldada sobre todo por el experimento NIF (National Ignition Facility) del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, situado en California (Estados Unidos)[2].
[1]https://www.iaea.org/es/newscenter/news/publicacion-dispositivos-fusion-mundo-2022
[2]https://www.xataka.com/energia/Fusión nuclear en 2024: así funciona el ingenioso reactor de Helion, la empresa que ha prometido anticiparse a ITER (xataka.com)
