Una nueva receta de fusión nuclear produce 10 veces más energía

^{Alcator C-Mod. /Wikipedia}

La fusión nuclear es la recombinación de partículas subatómicas de elementos simples y abundantes en elementos más grandes, liberando cantidades útiles de energía en el proceso. A diferencia de la fisión nuclear, este proceso está prácticamente libre de desechos y no hay necesidad de refinar los minerales radiactivos para el combustible. Pero la extracción de cantidades útiles de energía de la fusión de los átomos es una empresa difícil, y además, implica el reto de controlar las nubes de plasma ultra-caliente necesarias para el proceso. Ahora, un equipo de investigadores han ajustado la receta de fusión nuclear de un tipo de reactor de fusión llamado tokamak para agregar un nuevo ion a la mezcla, lo que les permite obtener un mayor control sobre la reacción.

Los investigadores, un grupo multidisciplinar de los campos de la física del plasma, la astrofísica nuclear y la fusión láser, pertenecientes a centros estadounidenses como el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), la Universidad de Ohio, el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) o el Laboratorio Nacional de Los Álamos (LANL), han utilizado láseres extremadamente potentes y han logrado replicar las condiciones del interior de las estrellas donde tienen lugar reaccciones nucleares en las que se forman casi todos los elementos más pesados ​​del universo, incluido el oxígeno. Los hallazgos del equipo fueron publicados por la revista Nature Physics.

Estas reacciones tienen lugar bajo temperaturas y presiones increíblemente altas, por lo que hasta ahora, era casi imposible para los científicos realizar mediciones nucleares en estas condiciones similares. En los núcleos hay condiciones de plasma tan extremas que las temperaturas pueden superar los 50 millones de grados kelvin, y una presión tan alta que los isótopos del elemento más ligero del universo, el hidrógeno, pueden ser comprimidos hasta el nivel del plomo sólido.

La fusión podría ser una alternativa mejor a la mayoría de las formas de renovable debido a su flexibilidad: dejaría de existir necesidad de confiar en una ubicación correcta o unas condiciones meteorológicas concretas. Las desventajas de esta tecnología es que libera un gran número de neutrones de alta velocidad. Afortunadamente, estos pueden ser absorbidos por una manta de litio, donde se pueden reciclar para hacer más combustible.

Un dispositivo como el actual Alcator C-Mod tokamak del MIT consigue las condiciones necesarias usando campos magnéticos, que permiten que el plasma se vuelva increíblemente caliente: unos 150 millones de grados centígrados, sin derretir el recipiente en el que se encuentra. Pero a pesar de décadas de duro trabajo, apenas estamos en un punto en el que podamos mantener el plasma funcionando a un rendimiento suficientemente alto para períodos eficientes.

El poder del helio-3

Por ello, la nueva investigación usa un proceso llamado calentamiento de resonancia de ciclotrón iónico (ICRH). Unas antenas ubicadas fuera del tokamak envían la frecuencia correcta de ondas de radio a través del plasma para excitar sus partículas. Para mayor eficiencia, el plasma es generalmente una mezcla de dos clases de iones (5% de iones o protones de hidrógeno y 95% de iones de deuterio, por ejemplo). Los investigadores añadieron un pequeño porcentaje de helio-3 a la mezcla y estudiaron los efectos complejos que esto tenía en el comportamiento del plasma.

Así, encontraron que la adición dio como resultado un aumento de diez veces en energía. Aunque hay que aclarar que este experimento no es todavía un reactor de fusión funcional, sino una prueba de predicciones que nos ha dado una técnica para modelar mezclas más complejas que tienen potencial para producir más energía de manera más eficiente. La tecnología de fusión completamente funcional todavía está en el horizonte, y falta por lo menos una década para ello, según las voces más optimistas. 

Sin embargo, hace unos meses, el núcleo del reactor de fusión del Reino Unido, Tokamak ST40, de la firma Tokamak Energy, generó un plasma o nube super caliente de gas cargada eléctricamente, que se espera que alcance los 100 millones de grados centígrados el próximo año, una temperatura siete veces mayor que el centro del Sol. Ese es el umbral de fusión, en el que los átomos de hidrógeno pueden comenzar a fundirse en helio, liberando energía ilimitada y limpia en el proceso.

Beatriz de Vera
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