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domingo, mayo 28, 2023

Fusión nuclear: cómo se logró traer el Sol a la Tierra y qué futuro tiene esta nueva energía

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El histórico hecho obtenido por científicos de Estados Unidos abre una nueva era de energía limpia, barata y casi ilimitada. Por qué expertos consultados por Infobae advierten que aún faltan décadas para su implementación comercial.

Un Sol en la Tierra. Por primera vez en la historia, el hombre logró replicar en un laboratorio lo que sucede naturalmente dentro de una estrella: hacer fusión nuclear.

Lo hizo un grupo de científicos en California, Estados Unidos, cuando adentro de un tambor enchapado en oro disparó 192 láseres a una cápsula, que contenía una bolita del tamaño de un grano de pimienta llena de átomos de hidrógeno. Algunos de esos átomos, que normalmente se repelen, se juntaron y fusionaron, en un proceso que produjo una ganancia neta de energía.

Más allá de que se trató de un experimento que duró segundos y solo fue producido en un laboratorio a una escala muy reducida, se trató de un hecho histórico que puede llegar a cambiar la forma de producción de energía en el futuro. Se trataría de una revolución energética total, que implicaría dejar de lado, por fin, el uso de combustibles fósiles y altamente contaminantes por energía producida por fusión nuclear, que es limpia, barata y casi ilimitada.

El logro se consiguió en el NIF (National Ignition Facility), concretamente en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) del Departamento de Energía de Estados Unidos, cerca de San Francisco. La fusión nuclear se ha estudiado durante al menos siete décadas, con la esperanza de recrearla como una nueva fuente que proporcione energía ilimitada y libre de carbono, sin los desechos radiactivos creados por los reactores nucleares actuales.

Ricardo Farengo, físico e investigador de la Comisión Nacional de Energía Atómica explicó a Infobae qué es la fusión nuclear y los alcances del anuncio efectuado en Estados Unidos.

“Actualmente se está investigando la producción de energía a través de la fusión nuclear, que se trata de un método diferente al proceso que ocurre hoy en las centrales nucleares, que es la fisión nuclear. Allí, se rompe el núcleo de un elemento pesado como es el uranio para producir una gran cantidad de energía. Pero en la fusión, ocurre un proceso inverso y se busca unir los núcleos de dos isótopos del hidrógeno (deuterio y tritio). En esta reacción de fusión se produce un núcleo de helio (partícula alfa) y un neutrón. La fusión es el proceso que produce la energía en las estrellas”, explicó Farengo.

Y agregó: “Para lograr la fusión nuclear, se necesita que los núcleos de los átomos choquen a una alta velocidad y esto se consigue calentando el combustible hasta una alta temperatura. Los átomos están compuestos por núcleos con carga positiva y electrones con carga negativa. Cuando uno rompe el átomo, esa mezcla de iones y electrones se transforman en un plasma (cuarto estado de la materia). Pero el problema básico es cómo mantener el combustible a una alta temperatura y que no se expanda y se enfríe. A escala astronómica es la propia atracción gravitatoria de la estrella la que logra evitar la expansión del plasma y la pérdida de calor. Hay un equilibrio natural”

Farengo indicó que hay dos métodos básicos para producir reacciones de fusión a escala terrestre. “Uno es el confinamiento inercial. Allí, uno toma una cantidad de combustible y lo calienta y comprime utilizando un láser hasta alcanzar la liberación de una alta cantidad de energía. Se comprime y calienta una esfera de combustible y se logran pequeñas explosiones termonucleares o pequeñas bombas de hidrógeno a escala microscópica. Esto es lo que se logró en el laboratorio estadounidense. Se trata de un logro muy importante, ya que hubo una ganancia neta de energía del 50%. Pero esa ganancia no compensó la energía entregada a los láseres para que funcionen. Por eso es relativo el tema de la ganancia de energía final obtenida, respecto a la invertida”, indicó el experto, que es profesor de Física en plasma y fusión en el Instituto Balseiro.

“Como esto son en realidad microexplosiones, cada una produce muy poca energía. Los resultados anunciados corresponden a un único experimento. Pero lo necesario es producirla varias veces por segundo para que alimente un reactor en red. Además, los blancos para hacer estos experimentos son muy complejos y caros. Y no hay un láser con la eficiencia necesaria hoy en día. Por eso, por este camino estamos a varias décadas de tener una aplicación comercial para obtener energía por fusión nuclear”, manifestó.

“El otro método que se está investigando es lo que se conoce como confinamiento magnético. En este caso se utilizan campos magnéticos para confinar el combustible. Dentro de esta línea de trabajo el experimento más avanzado se llama ITER y se está desarrollando en Francia, pero es una colaboración entre la Comunidad Europea, Japón, EEUU, Rusia, China, Corea del Sur e India. En este experimento se busca producir 500 megawats de potencia térmica, aproximadamente un tercio de lo que hoy produce Atucha. Muchos consideran que esta tecnología será más fácil de escalar. El método de confinamiento magnético ha progresado mucho, pero todavía no se ha logrado una eficiencia energética mayor a 1. En otro experimento en China lograron mantener la reacción 17 minutos, aunque sin ganancia energética”, concluyó Farengo.

Esta hazaña, conocida como ignición, es una gran victoria para quienes estudian la fusión. Los científicos solo han tenido que mirar las estrellas para saber que tal fuente de energía es posible: que combinar dos átomos de hidrógeno para producir un átomo de helio implica una pérdida de masa y, por lo tanto, de acuerdo con la fórmula del físico Albert Einstein E = mc 2, una liberación de energía. Pero ha sido un camino lento desde la década de 1970, cuando los científicos definieron por primera vez el objetivo de la ignición, también conocido como “punto de equilibrio”.

El año pasado, los investigadores de la Instalación Nacional de Ignición del Laboratorio Lawrence Livermore estuvieron cerca del hito, generando alrededor del 70 por ciento de la energía láser que dispararon en el experimento. Siguieron adelante con los ensayos. Luego, el 5 de diciembre, justo después de la 1 am, finalmente tomaron la foto perfecta. Dos megajulios entregados y 3 megajulios de salida. Un 50 por ciento de ganancia de energía neta. “Esto demuestra que se puede hacer”, dijo Jennifer Granholm, secretaria de Energía de EEUU, en el anuncio histórico del martes último.

Un Sol en la Tierra

El Sol es un ejemplo claro de fusión nuclear, con energía de gran poder de liberaciónEl Sol es un ejemplo claro de fusión nuclear, con energía de gran poder de liberación

Julián Gadano, ex subsecretario de Energía de la Nación y profesor en el ITBA, explicó a Infobae que se probó en laboratorio que la fusión nuclear se puede alcanzar.

“Fue traer el Sol a la Tierra. Ese fue el logro que obtuvo la humanidad la semana pasada. Logramos generar en forma artificial lo que hace nuestra estrella en forma natural. Para ello se requiere llevar el estado de la materia a plasma, es decir, llevar la materia a 100 millones de grados. Para eso se debe confinar la materia en un espacio muy reducido. Los científicos lo lograron de manera inercial, comprimiendo la materia millones de veces. Eso generó una implosión o ignición, que levanta una gran temperatura y así se puede obtener la fusión nuclear. Ese proceso estuvo bien. Pero es muy difícil escalar el método de confinamiento inercial por implosión a un lugar comercial. Igualmente la investigación proseguirá en los próximos años”, sostuvo Gadano.

Y agregó: “Se trata de energía nuclear para uso pacífico que busca generar grandes cantidades de energía. En la fusión nuclear se busca unir o fusionar dos átomos livianos utilizando típicamente el hidrógeno (como las partículas deuterio y tritio). En ese proceso de núcleos de hidrógenos, se generan 5 o más veces de energía que la fisión que ocurre en una central nuclear hoy. Y lo que se libera es helio un gas no radiactivo ni dañino. Es un logro histórico con el potencial de ser miles de veces más eficaz que los combustibles fósiles. Es el primer paso de la quinta revolución energética que se busca desde décadas y la esperanza con la que la humanidad cuenta para obtener energía limpia y duradera a futuro”.

Desde hace siete décadas que los investigadores buscan concretar la fusión nuclear  (Jason Laurea/Lawrence Livermore National Laboratory/Handout via REUTERS)Desde hace siete décadas que los investigadores buscan concretar la fusión nuclear (Jason Laurea/Lawrence Livermore National Laboratory/Handout via REUTERS)

El experto también hizo mención a otros estudios que se están realizando en materia de fusión nuclear. “El otro experimento que avanza a grandes pasos para lograr la fusión nuclear es el ITER en Francia. Se trata de un gran anillo metálico con enormes imanes que lo rodean. Se hace girar a una muy alta velocidad el tritio o hidrógeno pesado. Se lo pone dentro de una botella redonda, como si fuera un tubo y se lo hace girar ahí. Esto angosta el espacio al material dentro hasta que está tan cerca que la materia se fusiona y libera energía”, aseguró Gadano.

Y finalizó: “Una vez que el ITER logre esto, va a estar más cerca del laboratorio NIF para aplicarlo en una forma productiva y comercial, ya que este sistema es más fácil de escalar. Estamos a 20 o 30 años de eso. Es una cuestión de tiempo y plata invertida.

Eso va a generar un cambio gigantesco en la obtención de energía y va a democratiza el acceso a la energía. Al principio, muy pocos países van a acceder a esto, pero ya no se va a depender de extraer petróleo del subsuelo de un país de Medio Oriente para tener energía”.

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