Si tanto nos preocupa la energía, la fusión nuclear es la respuesta, y es posible

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José Manuel Perlado Martín, Universidad Politécnica de Madrid (UPM)

La humanidad se enfrenta a un reto de generación masiva de energía inminente. La sociedad supertecnológica se está desarrollando a pasos agigantados y necesitamos de modo urgente una fuente de energía que atienda la elevada demanda.

El hecho ineludible del cambio climático y la necesaria sustitución de los combustibles fósiles supone un desafío inmediato.

El anuncio de la fusión nuclear de estos días pasados es un hito científico que nos abre las puertas a todos para pensar en la explotación de una energía potencialmente segura, limpia e inagotable.

¿Ha dicho alguien que es para mañana? No. ¿Qué significa pues este hito? Significa que es ciertamente factible; que a partir de ahora se puede repetir, que de una u otra forma la fusión está aquí, para quedarse.

No podemos quedarnos fuera

Lograr la fusión nuclear requiere de una colaboración internacional público-privada y de una financiación extraordinaria. EE UU, Japón y China ya están apostando por su desarrollo desde todos los frentes posibles.

EE UU ha lanzado un programa de financiación pública muy agresivo para empresas a las que se pueden unir laboratorios en los últimos meses. ¿Puede acelerar esto el proceso? Sí, podría ser, jugando con una combinación público-privado, que la habrá. Desde la iniciativa privada, que invierte en su conjunto en estos momento miles de millones de euros, se habla de 2040 como fecha para celebrar el éxito.

Europa no puede quedarse fuera de esa carrera. Y hay dos pistas por las que hay que correr: una es el confinamiento magnético (que ya persigue) y otra el confinamiento inercial (en el que se enmarca el logro histórico anunciado la semana pasada). Quedar fuera de una de ellas y que otra nación alcance antes el éxito justo en esa línea no apoyada significaría perder un mundo de dominio tecnológico de enormes e incalculables consecuencias. Dominio tecnológico que se ha empezado ya a debatir como un potencial cambio geopolítico. No es el momento de decir “yo soy de magnético” o “yo de inercial”, sino de juntar fuerzas y proseguir con ambas líneas.

Qué se ha logrado

El hito logrado: el 5 de Diciembre de 2022, la National Ignition Facility (NIF) en LLNL consiguió una energía de 3,15 Megajulios (millones de julios; 1 julio = 0,24 calorías) mediante reacciones de fusión nuclear usando un láser con una energía de 2,05 Megajulios incidiendo en el blanco.

Por primera vez en la historia, un dispositivo de fusión nuclear de cualquier tipo, en este caso usando el método de confinamiento inercial láser, ha conseguido la ignición y ganancia neta de energía en laboratorio.

Ganancia neta de energía (1,05 megajulios en este caso) indica que se obtuvo por reacciones de fusión más energía que aquella que salió del láser, distribuida en 192 haces.

El blanco era un cilindro de oro abierto por sus extremos de aproximadamente 1 cm de longitud y 5 milímetros de anchura. Contiene en su centro una cápsula esférica donde está el combustible, hidrógeno en sus formas de deuterio y tritio, en una capa de algún centenar de micras de espesor.

Tras el experimento se ha confirmado que el mecanismo fundamental de propagación de la onda térmica de fusión que se desplaza desde el interior de la cápsula combustible, donde se inician la reacciones de fusión, hacia el exterior de la misma, provocando más y más reacciones de fusión, funciona.

El hecho se estableció en experimentos realizados de enero a septiembre de 2022, alcanzando 1,3 Megajulios con láser de 1,7 megajulios.

La mejora de las condiciones de iluminación del blanco combustible por el láser y la fabricación más precisa del blanco han permitido el refinamiento del experimento sobre una idea formulada en el año 1972 por John Nuckolls también en el LLNL.

Con estos experimentos se reafirma la posibilidad cierta de obtener eficazmente energía convertida en potencia dentro de un sistema de alta tecnología como será un reactor.

Así, es un paso enorme para creer que la fusión nuclear puede ser la fuente de alta densidad de energía masiva y concentrada que necesita la Humanidad, combinada con las renovables y el hidrógeno, en un esquema de generación de energía eléctrica centralizada y deslocalizada.

Tendremos energía de recursos inagotables (hidrógeno), limpia, con residuos de corta vida asumible y reciclables en tiempos razonables, y segura, porque implica un sistema que se enciende y se apaga de manera controlada.

Los pasos que aún hay que dar

Queda por recorrer un camino no corto en la fusión usando láser o iones para hacer efectiva esta energía extraída de la unión de los núcleos del hidrógeno:

• Investigación y desarrollo en los sistemas de iluminación del blanco (láser, iones) que deberán aumentar su eficiencia y la capacidad de repetir los pulsos.

• Refinamiento de la fabricación de las cápsulas combustibles de DT con la precisión y velocidad de fabricación adecuada.

• Investigación en los sistemas de la cámara que alberga estas reacciones usando materiales resistentes a la radiación y de baja activación neutrónica.

• Desarrollo de los sistemas de extracción de energía y la reproducción eficiente del tritio usado.

España está dentro

El desarrollo por confinamiento magnético tiene como nombre señero el proyecto internacional ITER , que obtendrá la ignición (quizás también otras instalaciones privadas) en los próximos años. Europa participa en el ITER.

El IFMIF-DONES es una fuente neutrónica que se va a construir en Granada, y es fundamental para entender los materiales bajo irradiación. Hay que esperar a la construcción del reactor demostrador de potencia prevista para 2060-2070.

Europa lanzó un proyecto de investigación de diseño de gran instalación de fusión por láser (2007-2014) que reunía financiación pública nacional muy sustancial en el caso del Reino Unido y la República Checa, conocido como HiPER. España también participó. HiPER permitió reunir a los científicos europeos en todos los campos para identificar, sistematizar y en su caso resolver los problemas de ciencia y tecnología de la fusión por confinamiento inercial usando láser.

En España existe desde hace 40 años el Instituto de Fusión Nuclear Guillermo Velarde (IFN-GV) en la Universidad Politécnica de Madrid, que tiene un acuerdo vigente desde hace alguna década con LLNL, los artífices del experimento que acaba de anunciarse. El Instituto es consecuencia del trabajo comenzado por el profesor Guillermo Velarde (medalla Edward Teller del Laboratorio LLNL) con un pequeño equipo (entre ellos los profesores José María Martínez-Val, Emilio Minguez y yo mismo) en los primeros años de 1970 en la Junta de Energía Nuclear.

El IFN-GV fue creado exclusivamente para esta bella línea de investigación de la fusión por confinamiento inercial-láser.

Desde el IFN-GV se ha colaborado desde sus inicios con el LLNL en el desarrollo de códigos para el diseño del blanco, datos atómicos y nucleares, activación y seguridad aplicada (Javier Sanz, UNED-UPM), entre otros, al diseño del NIF, y la investigación en materiales avanzados resistentes a la irradiación.

Junto a este Instituto pionero y el más amplio, España tiene investigadores trabajando en fusión nuclear en otras universidades: la UNED, la Politécnica de Madrid, la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, la Universidad de Valladolid y la Universidad de Castilla-La Mancha.

Estamos dentro de la carrera que transformará el mundo. ¡Avancemos!

José Manuel Perlado Martín, Presidente del Instituto de Fusión Nuclear "Guillermo Velarde", Universidad Politécnica de Madrid, Universidad Politécnica de Madrid (UPM)

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.