Ignición: conseguido un gran avance para la energía de fusión nuclear

La fusión nuclear es desde hace décadas la promesa de una energía limpia y casi inagotable, que hoy está un poco más cerca de hacerse realidad

Los científicos bromean con que quedan 30 años para que la energía de fusión sea viable, y que esto ha sido así desde los años 60. Sin embargo, los investigadores de la Instalación Nacional de Ignición (NIF) del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) en California tienen buenas noticias. Hace un año, el 8 de agosto de 2021, registraron el primer caso de ignición, y ahora han confirmado sus resultados y publicado tres artículos sobre su gran avance en los que participan más de 1.000 autores.

Pero, ¿qué es eso de la ignición?

La fusión nuclear es la energía que alimenta al Sol y a otras estrellas, y consiste básicamente en fusionar átomos sencillos para que formen elementos más complejos. En el interior del Sol, los átomos de hidrógeno chocan con la fuerza suficiente como para fusionarse y formar un átomo de helio, liberando grandes cantidades de energía como subproducto. Una vez que el plasma de hidrógeno se «enciende», la reacción de fusión se autoalimenta, y las propias fusiones producen suficiente energía para mantener la temperatura sin calentamiento externo.

Esto es la ignición en una reacción de fusión: que la propia reacción produce suficiente energía para ser autosuficiente. Anteriormente las reacciones de fusión conseguidas en laboratorio necesitaban grandes cantidades de energía para generar altísimas temperaturas, similares a las del interior del Sol. La energía producida por la reacción era muy pequeña en comparación, lo que hacía inviable usar este proceso para generar, por ejemplo, electricidad. Las cuentas no salían.

De hecho, si pudiéramos aprovechar la reacción de fusión para generar electricidad, sería una de las fuentes de energía más eficientes y menos contaminantes. No se necesitarían combustibles fósiles, ya que el único combustible sería el hidrógeno, que se puede extraer del agua del mar, y el único subproducto sería el helio, que se utiliza en la industria y del que, de hecho, hay escasez.

En este último hito en California, los investigadores registraron un rendimiento energético de más de 1,3 megajulios (MJ) durante sólo unos pocos nanosegundos. Como referencia, un MJ es la energía cinética de una masa de una tonelada que se mueve a 160 km/h. Con esto, se consiguieron por primera vez las condiciones necesarias para la ignición, es decir, energía suficiente para que, una vez arrancada la reacción, continúe por sí misma.

Para llegar a la ignición se calienta y comprime un «punto caliente» central de combustible de deuterio-tritio (átomos de hidrógeno con uno y dos neutrones, respectivamente), creando un plasma de hidrógeno súper caliente y súper presurizado. Estas presiones y temperaturas tan altas no se mantenían, porque el sistema pierde calor con el tiempo. Sin embargo, al conseguir la ignición, la absorción de las partículas α (dos protones y dos neutrones fuertemente unidos) creadas en el proceso de fusión genera energía que supera las pérdidas del sistema.

Por desgracia, los científicos no han repetido todavía este éxito, pero el hecho de haberlo conseguido demuestra que es posible. ¿Cuánto queda para que se pueda generar electricidad con la energía de fusión? Según los expertos, 30 años.

REFERENCIA

Three peer-reviewed papers highlight scientific results of National Ignition Facility record yield shot