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Fusión nuclear
¿Te imaginas una fuente de energía limpia, barata y casi inagotable? ¿Que utilizara agua como combustible y no produjera ningún tipo de residuo?
Son estos sueños los que alimentan la esperanza de la fusión nuclear. Pero, ¿es factible? Pues parece ser que todavía no.
O cuando menos deberíamos matizar bastante las afirmaciones recién hechas. Pero, con todo, es verdad que la fusión nuclear crea grandes esperanzas hacia una hipotética fuente de energía limpia, barata e inagotable.
La energía nuclear puede ser de dos tipos: energía nuclear de fisión o energía nuclear de fusión. Ambos tienen la misma base: dicho pronto y rápido, la masa es energía; partiendo de la ecuación de Einstein E=mc2, la 'desaparición' de masa libera ingentes cantidades de energía.
Las centrales nucleares que conocemos, o las bombas atómicas, están basadas en la fisión nuclear, proceso en el cual un núcleo atómico se divide en varios menores. La masa sumada de los dos núcleos resultantes no alcanza a la del núcleo original fisionado; esa masa que 'falta' es la que se ha convertido en energía.
Por el contrario, la palabra fusión significa unión. Eso es precisamente lo que sucede en una fusión nuclear. Unimos dos núcleos atómicos y obtenemos uno solo, cuya masa es, sin embargo, menor que la de los dos núcleos originales sumada. Nuevamente, la masa 'perdida' se convierte en energía, en calor, que se usará para generar electricidad.
¿Sabías que la energía del Sol procede de procesos de fusión nuclear? En su interior, núcleos de hidrógeno se unen y dan como resultado otro elemento, el helio. Así se libera la ingente cantidad de energía que irradia el sol y nos llega incluso a nosotros.
El ser humano desea reproducir el proceso que sucede en el Sol, es decir, la fusión nuclear. Y, en cierto modo, lo ha conseguido.
En el mayor experimento ejecutado hasta la fecha, en el reactor JET, se ha conseguido obtener 16 MW de potencia durante una reacción de fusión que duró 1 segundo. Aún así, ese resultado únicamente representa el 70% de la energía aportada desde el exterior para desencadenar la reacción. Debemos ser capaces de mantener esos resultados durante tiempos mayores. Y resulta claro que para que la fusión nuclear sea útil, deberá rendir más energía que la que se le aporta para provocar la reacción.
La energía de fusión
Según acabamos de explicar, en la fusión nuclear se trata de unir dos núcleos. Pero, dado que los núcleos poseen cargas positivas, se repelerán. Por tal motivo, hay que aportar desde fuera energía suficiente como para superar esa oposición.
A eso se debe el que en el proceso de fusión se usen átomos ligeros. En otras palabras, como sólo tienen un protón, la fuerza de repulsión que hay que superar es pequeña. La combinación más rentable que se ha explorado es la que usa deuterio y tritio. Ambos elementos son isótopos del hidrógeno; es decir, tiene un sólo protón, como el hidrógeno corriente, pero el deuterio tiene además un neutrón, y el tritio, dos. Al fusionar un núcleo de deuterio con uno de tritio se obtiene un núcleo de helio, compuesto por dos protones y dos neutrones, emitiéndose además al medio un neutrón y la energía excedente; ésa es la que llamamos energía de fusión.
Pero, ¿cómo se juntan esos dos elementos? Como ambos tiene carga positiva, cuanto más los acerquemos entre sí, con tanta más fuerza se repelerán. De ahí que se precisen una temperatura de millones de grados y unas presiones colosales para que el proceso pueda tener lugar. En el caso del deuterio y del tritio, por ejemplo, se requiere una temperatura aproximada de 100 millones de grados.
En unas condiciones tan extremas de presión y temperatura, la materia adopta la forma de plasma. En este estado, los electrones se separan de los núcleos atómicos, y los núcleos, iones positivos, se apiñan entre sí y se fusionan debido a la velocidad.
Pero no se da ninguna reacción en cadena. De hecho, debido al calor, la tendencia de las partículas es a separarse entre sí, y la esfera de plasma aumenta de tamaño. Y ése es precisamente el problema: cómo calentar el plasma a más de 100 millones de grados y mantenerlo así para que ocurra la fusión de forma continua.
En el Sol y otras estrellas, la gravedad se encarga de mantener a las partículas unidas, impidiendo que escapen. Pero en la Tierra no tenemos tal gravedad. Para suplir esa carencia, se aprovecha que los elementos del plasma caliente están cargados eléctricamente y se confinan con la ayuda de potentes campos magnéticos en forma de anillo o de toro, que lo dejan 'colgado en el aire'.
Se han construido algunos reactores gigantes de este tipo, pero no han bastado para seguir con las investigaciones. Así las cosas, varios países del mundo han invertido conjuntamente dinero y recursos científicos para poner en marcha el ITER, un reactor gigante que ya ha sido empezado a construir en el sur de Francia.
Comenzará a funcionar en 2016, y su objetivo será rendir una potencia de 500 MW durante 500 segundos. Aún así, el objetivo del ITER no será obtener electricidad, sino avanzar en las investigaciones relativas a la fusión nuclear y reunir el suficiente caudal de conocimiento como para poder construir una hipotética central nuclear de fusión.
Ventajas y desventajas
La energía nuclear de fusión, hoy por hoy, no es viable para generar electricidad. No habrá posibilidad de levantar centrales nucleares de fusión, por lo menos hasta mediados del presente siglo.
Todavía no está claro cómo funcionarán, ¡ni siquiera se sabe si serán rentables! Por eso mismo, el debate alrededor de esta fuente de energía es bastante peculiar.
Sus partidarios afirman que será la energía del futuro. Los combustibles que utiliza, el deuterio y el tritio, son muy abundantes. El deuterio se obtiene del agua, y el tritio del litio, un elemento bastante abundante. Además, no provoca humos ni polución de ningún tipo, por lo que es un buen sustituto de los combustibles fósiles. Piensa que, cuando menos en teoría, de 500 litros de agua y 30 g de litio se pueden obtener 10 g de deuterio y 15 g de tritio, los cuales bastan para satisfacer todas las necesidades energéticas de cualquier persona de un país desarrollado.
La fusión nuclear es muy estable. No produce reacción en cadena, y si surge algún problema en el reactor, la reacción se detiene espontáneamente. Además no se producirían residuos radiactivos, y la propia radiactividad acumulada en la instalación sería de vida corta.
Según sus detractores, por el contrario, aun cuando produjeran muchos menos residuos radiactivos que las centrales nucleares de fisión, también rendirían basura nuclear. Además, desde 1950 se ha investigado a fondo sobre la fusión nuclear sin resultados dignos de mención, y ahora se van a invertir 13.000 millones de euros en el proyecto ITER. Los ecologistas se preguntan por qué no se hace un esfuerzo semejante en desarrollar energías renovables que ya son utilizables. ¿No sería mucho mejor dar verdaderos pasos adelante en el camino hacia la eficiencia energética y las energías renovables?
