¿Está la fusión nuclear comercial a la vuelta de la esquina?

Por Iván Rivera, el 14 diciembre, 2022. Categoría(s): Ciencia • Divulgación • Física • Ingeniería • Tecnología
Vista de la parte inferior de la cámara de ignición en NIF. (Imagen: Lawrence Livermore National Laboratory).

Como cualquiera con tres minutos de experiencia en el mundo de la titulación de articulos sabe, cualquier titular escrito en forma de pregunta se puede responder con un resonante no. Hablo, naturalmente, del experimento de fusión nuclear reportado urbi et orbe en medios. Un excelente resumen se puede encontrar en este artículo de Science: With historic explosion, a long sought fusion breakthrough. Si os apañáis con el inglés, leedlo. Os espero.

¿Qué ha pasado?

La fusión nuclear por confinamiento inercial indirecto —aguantadme un momento, ahora explico la parrafada— iniciada por láser lleva intentándose en la NIF (National Ignition Facility) del LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory) desde hace doce años. Se llama confinamiento inercial indirecto porque el láser calienta una cámara de oro, generando un pulso de rayos X. De ahí lo de indirecto. Dentro, una píldora de diamante sintético esférica se vaporiza explosivamente, comprimiendo (de ahí lo de inercial) el combustible contenido en su interior (de ahí lo de confinamiento), una mezcla de deuterio (2H) y tritio (3H).

Reacción de fusión D-T. (Imagen: Wikimedia Commons).

El chiste del asunto está en que la reacción de fusión deuterio-tritio (D-T para los amigos, 2H + 3H → 4He + n para los muy amigos) genere energía más rápidamente de lo que se disipa en la explosión. Lo han logrado ajustando la distribución del láser (en 192 subrayos), aumentando su energía hasta los 2.05 megajulios y haciendo que el diamante de la cápsula fuera esférico con una tolerancia menor, a la vez que más grueso. La energía obtenida se mide con un dispositivo que captura el flujo de neutrones (n, una vez más para los amigos) que sale de la cámara.

¿Por qué no hay que echar las campanas al vuelo?

Ya hay noticias afirmando que tendremos centrales de fusión en 10 años (por ejemplo, esta de El Confidencial) y que se ha generado más energía de la consumida (como esta de El Mundo). Ojalá. Vamos a darle una vuelta rápida a los problemas de ingeniería que presenta este enfoque:

  1. El láser es muy ineficiente. Requiere del orden de 300 megajulios por disparo para entregar 2.05 megajulios a la cápsula. Se han generado 3.15 megajulios. A mí no me da la impresión de que esto sea «generar más energía de la consumida». Por cierto: el láser es así de ineficiente, en parte, porque NIF (y todo el LLNL, en realidad) son una instalación para la investigación en… armas termonucleares. No lo ocultan demasiado. Encabezando su página web:

    Our mission is to make the world a safer place. We lead the nation in stockpile science […]

    («Nuestra misión es hacer del mundo un lugar más seguro. Somos líderes en la nación en la ciencia del arsenal […]», donde «arsenal» en español es algo más explícito que en inglés, pero que nadie se lleve a engaño: se refiere a nuclear stockpile. Arsenal nuclear.)

  2. Se pierde energía en el confinamiento indirecto, al tener que convertir la energía de los fotones del láser en otros fotones de rayos X en la cámara de reacción. Se han propuesto experimentos de fusión nuclear con confinamiento directo, en los que el láser entregaría directamente su energía a la píldora. Sería más eficiente, pero las simulaciones muestran que la geometría de la reacción resulta más turbulenta, y lograr la implosión (la parte inercial de todo este asunto) sería más difícil.
  3. El proceso dura unos picosegundos, pero la preparación del experimento es muy larga. Una planta comercial basada en este principio debería poder hacer varios disparos por segundo para ofrecer un retorno de energía aprovechable.
  4. El flujo saliente de neutrones tiene que poder convertirse en energía eléctrica. Esto no es sencillo: los neutrones no tienen carga y por tanto no interaccionan con campos eléctricos. Tampoco es imposible: los neutrones tienen energía cinética, que se puede aprovechar en el foco caliente de una máquina térmica. No hagamos de momento comentarios sobre la posibilidad de que los neutrones provoquen procesos de degradación de materiales por reacciones nucleares secundarias de transmutación. En el peor de los casos, acabaríamos generando algún tipo de residuo radiactivo, pero —al menos teóricamente— podríamos ajustar con cuidado qué es lo que se genera, para que fuera relativamente fácil de confinar y/o descontaminar.
  5. El tritio natural es extremadamente raro. Se debe a que es radiactivo, con un periodo de semidesintegración de 12.3 años. Existe la posibilidad de sintetizarlo (breeding) durante el propio proceso de extracción de energía de los neutrones a partir de litio, boro o nitrógeno. También se produce fácilmente en reactores de fisión convencionales.
  6. En cualquier caso, habría que esperar a que se publicara el paper. Y comprobarlo todo otra vez. Y repetir el experimento. Leed a Antonio Martínez Ron en Voxpópuli.

Seguramente me estoy dejando problemas en el tintero. Como veis, el reto tecnológico que se abre ahora es brutal. Sin embargo, la base de la cuestión está demostrada: es posible generar más energía de la que se aporta en una reacción de fusión con esta arquitectura. Pero ¿diez años para un reactor comercial? Con una financiación en condiciones, esto se podría haber logrado hace por lo menos dos décadas, y estaríamos ahora en ese punto.

Qué habría podido pasar con la fusión nuclear bajo diferentes niveles de financiación. (Imagen: U.S. Energy Research and Development Administration).

¿Qué es lo importante aquí?

Por otro lado, el reactor europeo en construcción ITER (en Cadarache, Francia) usará la misma reacción nuclear D-T, pero una arquitectura diferente: un confinamiento magnético toroidal del combustible en forma de plasma. En principio, los experimentos previos y simulaciones indican que ITER será capaz de sostener la reacción durante más tiempo que el experimento del NIF. Pero para confirmar la volátil teoría con la dura práctica tendrán que pasar, como poco, ocho años.

Vista en corte de las futuras instalaciones del ITER. Destaca el tokamak central. (Imagen: Oak Ridge National Laboratory).

Conclusión: el experimento es importante, pero lo realmente importante, y como debe leerse políticamente, es como una llamada de atención para falta financiar trabajos sobre fusión nuclear más intensamente. Los de NIF, los del ITER (y su sideshow español, IFMIF-DONES, importantísimo para conocer detalles de qué ocurre cuando se irradian los materiales de los reactores con neutrones), y los de muchas startups que buscan caminos alternativos. Todos. Es nuestra esperanza para lograr una generación de base libre de emisiones, estable y con futuro.

Aunque cuidado con las startups. Si hay dineros públicos, debe haber fiscalización pública y consecuencias serias en caso de que alguien actúe de mala fe. Ya sé que esto es rarísimo, pero qué queréis, con tanto aspirante a billonario megalomaníaco suelto, soy desconfiado.

Si hablamos de decrecimiento, ¿por qué queremos fusión nuclear?

Una reflexión para concluir: ¿desarrollar la energía de fusión no es incompatible con hablar de decrecimiento? No. Tenemos que optimizar la energía que usamos, y eso incluye reducir el gasto energético en los países desarrollados para limitar las emisiones. Ahora bien, los países menos desarrollados tienen derecho a mejorar su estandar de vida, y eso significa sí o sí aumentar su uso de energía per cápita. Por otro lado, el cambio climático obligará a gastar más energía para sobrevivir en dos áreas principales: climatización y potabilización. Necesidades estas que, por cierto, se sentirán con mayor intensidad en los países más pobres.

La densidad energética que ofrecen las fuentes renovables no nos permite vivir tranquilos. El objetivo de una generación eléctrica totalmente renovable es discutible: hay estudiosos que lo sostienen y otros que lo cuestionan, y mucho ruido e intereses industriales cruzados alrededor de este campo. Pero ese cien por cien renovable está calculado a partir de nuestras necesidades actuales, incluso con cierta optimización. No se está teniendo en cuenta, por lo general, un futuro de olas de calor y sequías brutales. Y si algo sabemos es que este futuro está llegando. La única cuestión es cómo de intenso y dañino será. Recordemos que la generación renovable depende también de unas condiciones climáticas determinadas.

La eficiencia de las placas fotovoltaicas disminuye al crecer la temperatura ambiente. Los aerogeneradores no funcionan en condiciones de viento tormentoso, teniendo que detenerse por seguridad. Y nada es más peligroso para la generación hidroeléctrica que las sequías prolongadas.

No nos podemos permitir prescindir de ninguna fuente libre de emisiones. Fisión incluida. Pero, por todo esto, pisar el acelerador en el desarrollo de la fusión es obligatorio.



Por Iván Rivera, publicado el 14 diciembre, 2022
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