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La investigación en fusión nuclear sigue dando que hablar.

Ciencia > INVESTIGACIÓN

Científicos europeos logran un importante avance en el campo de la energía de fusión nuclear

"Los experimentos JET nos acercaron un paso más a la energía de fusión", dijo el doctor Joe Milnes

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09 de febrero de 2022 a las 16:46

En su búsqueda de un método para conseguir una fusión nuclear que sea práctica, científicos europeos anunciaron que lograron un importante avance.

El laboratorio Joint European Torus (JET) en Reino Unido ha batido su propio récord mundial de la cantidad de energía que puede extraer al unir dos formas de hidrógeno.

Si la fusión nuclear -similar a la que ocurre en las estrellas- se puede recrear con éxito en la Tierra, ofrece el potencial de suministros prácticamente ilimitados de energía baja en emisión de carbono y radiación.

Los experimentos produjeron 59 megajulios de energía durante cinco segundos (11 megavatios de potencia).

Esto es más del doble de lo que se logró en pruebas similares en 1997.

No es una producción de energía masiva, solo suficiente para hervir alrededor de 60 teteras de agua. Pero la importancia es que valida las opciones de diseño que se han hecho para un reactor de fusión aún más grande que ahora se está construyendo en Francia, el International Thermonuclear Experimental Reactor (Reactor Experimental Termonuclear Internacional), conocido por sus siglas ITER.

"Los experimentos JET nos acercaron un paso más a la energía de fusión", dijo el doctor Joe Milnes, jefe de operaciones de laboratorio del reactor.

"Hemos demostrado que podemos crear una miniestrella dentro de nuestra máquina y mantenerla durante cinco segundos y obtener un alto rendimiento, lo que realmente nos lleva a un nuevo escenario".

Gráfico sobre cómo funciona la energía nuclear
BBC

El complejo del ITER en el sur de Francia cuenta con el apoyo de un consorcio de gobiernos mundiales, incluidos los estados miembros de la Unión Europea, Estados Unidos, China y Rusia.

Se espera que sea el último paso para demostrar que la fusión nuclear puede convertirse en una fuente de energía confiable en la segunda mitad de este siglo.

Esto tiene ventajas, pues operar las centrales eléctricas del futuro basadas en la fusión no produciría gases de efecto invernadero y además genera cantidades muy pequeñas de desechos radiactivos de vida corta.

"Estos experimentos que acabamos de completar tenían que funcionar", dijo el director ejecutivo de JET, el profesor Ian Chapman. "Si no lo hubieran hecho, tendríamos preocupaciones reales sobre si el ITER podría cumplir sus objetivos", agregó.

"Había mucho en juego y el hecho de haber logrado lo que hicimos se debió a la brillantez de las personas y su confianza en el esfuerzo científico", señaló el profesor a la BBC.

La solución encontrada

La fusión funciona según el principio de que la energía puede liberarse forzando la unión de los núcleos atómicos en lugar de dividirlos, como en el caso de las reacciones de fisión que impulsan las centrales nucleares existentes.

En el núcleo del Sol, las enormes presiones gravitatorias permiten que esto suceda a temperaturas de alrededor de 10 millones de grados centígrados.

Una ilustración del tokomak
ITER
El proyecto ITER está en construcción en Francia.

A presiones mucho más bajas que son posibles recrear en la Tierra, las temperaturas para producir la fusión deben ser mucho más altas, por encima de los 100 millones de grados centígrados.

No existen materiales que puedan soportar el contacto directo con tal calor.

Entonces, para lograr la fusión en un laboratorio, los científicos han ideado una solución en la que un gas sobrecalentado, o plasma, se mantiene dentro de un campo magnético en forma de rosquilla.

El JET, ubicado en el sur de Inglaterra, ha sido pionero en este enfoque de fusión durante casi 40 años. Y durante los últimos 10 años, se ha configurado para replicar la esperada instalación del ITER.


¿Ayudará a la lucha por salvar el planeta?

Análisis de Roger Harrabin, experto en medio ambiente

El anuncio de la fusión es una gran noticia, pero lamentablemente no ayudará en nuestra batalla para disminuir los efectos del cambio climático.

Existe una gran incertidumbre sobre cuándo estará lista la energía de fusión para su comercialización. Una estimación sugiere que tal vez en 20 años. Luego, la fusión tendría que ampliarse, lo que significaría un retraso de quizás algunas décadas más.

Y aquí está el problema: la necesidad de energía libre de carbono es urgente.

En palabras de mi colega Jon Amos: "La fusión no es una solución para llevarnos al punto cero de emisiones para 2050. Esta es una solución para impulsar la sociedad en la segunda mitad de este siglo".


ITER en construcción
ITER
La fusión nuclear podría ser una fuente de energía en la segunda mitad del siglo XXI.

El "combustible" preferido del laboratorio francés para hacer el plasma será una mezcla de dos formas -o isótopos- de hidrógeno llamados deuterio y tritio.

Al JET le fue requerido que hiciera una demostración de un revestimiento para el recipiente de 80 metros cúbicos que encierra el campo magnético que funcionaría de manera eficiente con estos isótopos.

Para sus experimentos sin precedentes en 1997, el JET había utilizado carbono, pero el carbono absorbe tritio, que es radiactivo. Entonces, para las últimas pruebas se construyeron nuevas paredes para el recipiente con berilio y tungsteno, que son dos metales y que son 10 veces menos absorbentes.

Luego, el equipo científico del JET tuvo que ajustar su plasma para que funcionara de manera efectiva en este nuevo entorno.

"Este es un resultado sorprendente porque lograron demostrar la mayor cantidad de producción de energía de las reacciones de fusión de cualquier dispositivo en la historia", comentó el doctor Arthur Turrell, autor de un libro titulado en inglés "Los constructores de estrellas".

"Es un hito porque demostraron la estabilidad del plasma durante cinco segundos. Eso no suena muy largo, pero en una escala de tiempo nuclear, es un tiempo muy, muy largo. Y es muy fácil pasar de cinco segundos a cinco minutos, o cinco horas, o incluso más".

El problema de la alimentación

El JET ya no puede funcionar porque sus electroimanes de cobre se calientan demasiado.

Para el ITER se utilizarán imanes superconductores enfriados internamente.

El laboratorio JET
PA Media
El JET pronto dejará de operar.

Es bien sabido que las reacciones de fusión en el laboratorio consumen más energía para iniciarse que la que pueden producir. En el JET, se utilizan dos volantes de inercia de 500 megavatios para ejecutar los experimentos.

Pero hay evidencia sólida de que este déficit se puede superar en el futuro a medida que se amplíen los plasmas.

El volumen del recipiente toroidal del ITER será 10 veces mayor que el de JET. Y se espera que el laboratorio francés llegue al punto de equilibrio. Las centrales eléctricas comerciales que se hagan después deberían tener una ganancia neta que pudiera alimentar las redes eléctricas.

Este es un reto a largo plazo y es significativo que, de los aproximadamente 300 científicos que trabajan en el JET, una cuarta parte se encuentra en la etapa inicial de sus carreras. Tendrán que llevar adelante la batuta de la investigación.

"La fusión lleva mucho tiempo, es compleja, es difícil", dijo la doctora Athina Kappatou. Aún tiene menos de 40 años.

"Es por eso que tenemos que asegurarnos de que, de una generación a la siguiente, haya científicos, ingenieros y personal técnico que puedan sacar adelante las cosas".

Sin embargo, aún quedan muchos desafíos técnicos.

François Mitterrand e Isabel II en el JET
JET/UKAEA
El JET fue inaugurado por el presidente francés François Mitterrand y la reina Isabel II en 1984. El Brexit ahora pone en duda la colaboración.

En Europa, el consorcio Eurofusion, que comprende unos 5.000 expertos en ciencia e ingeniería de toda la Unión Europea, Suiza y Ucrania, está trabajando en estos desafíos.

Reino Unido también es un participante, pero ha enfrentado problemas por su salida del bloque europeo tras el Brexit.

Aun así, las cosas ya están avanzando.

Es probable que el JET sea dado de baja después de 2023 y que el ITER comience los experimentos con plasma en 2025, o poco después.


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