¿Cómo son los reactores de fusión nuclear?

¿Cómo son los reactores de fusión nuclear?

La fusión nuclear es, probablemente, la energía del futuro. ¿Por qué? Hoy hablaremos de cómo funciona el sistema y los reactores de fusión existentes hasta el momento de una manera general y fácil de entender.

Llevamos años tratando de contener la “energía de las estrellas” entre las paredes de nuestros reactores. Esta frase tan literaria no es ninguna licencia poética. La fusión nuclear es un tipo de reacción que imita a lo que ocurre en el interior de de un astro. Pero lo hace de manera controlada proporcionando energía. Pero, ¿podemos hacer eso? ¿Cómo puede ser? Aunque la tecnología todavía de la que disponemos todavía no es suficiente para darnos un reactor de fusión nuclear comercial, cada día estamos más cerca de dar con la energía del futuro. Así que vamos a hablar de algunas generalidades de la que sea, probablemente, el sistema de energía del futuro.

¿Qué es la fusión nuclear?

La fusión nuclear es un método de obtención de energía, sí. A estas alturas ¿quién no ha oído hablar de ello? Pero, ¿en qué consiste? En realidad, la fusión nuclear es algo que conocemos bastante bien. En la actualidad una gran cantidad de la energía que consumimos es producida por las centrales nucleares donde ocurre un proceso muy relacionado. Pero no, las centrales no son de fusión sino de fisión. Fisión, que significa “separación” o rotura es el proceso contrario a la fusión. Lo que hacemos en nuestras centrales, básicamente, es coger La fisión de las centrales nucleares usan el proceso contrario que el de la fusión nuclearátomos, la unidad fundamental de la que está hecha la materia, y romperlos.

Al “partir” los átomos liberan muchísima energía y otros átomos más pequeños. La reacción en cadena que provoca genera calor, que es lo que empleamos para producir electricidad. La fusión nuclear consigue la energía a la inversa. Y es que al unir átomos también se produce muchísima energía. De hecho, más que en la fisión. Pero para que esto ocurra tenemos que usar unas condiciones muy especiales. Por ejemplo, los átomos que debemos unir han de ser menores que los de hierro. A partir de este tamaño, unir átomos, grosso modo, nos cuesta energía. Pero si unimos átomos tan pequeños como los de deuterio (hidrógeno, los más pequeños de nuestro universo, pero con un neutrón más) con los de tritio (con dos neutrones más), la energía liberada es tan enorme que la materia alcanza los millones de grados al instante.

Sol, rayos X

Al igual que en nuestras centrales nucleares, en la fusión nuclear intervienen las fuerzas más íntimas y potentes del universo, aquellas capaces de hacer que el universo se comporte como lo hace. Entre ellas se encuentran las interacciones electrostáticas e interacciones “fuertes”, que se producen entre los átomos. Al actuar entre sí, estas interacciones son capaces de “deshacer” la estructura íntima de la materia y “convertirla” en energía, al tiempo que mezcla los átomos entre sí. Es un proceso contraintuitivo y difícil de entender, pero ocurre, por ejemplo, en el núcleo de las estrellas y en otros procesos universales increíbles. Al fin y al cabo, en este universo la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. Y la fusión nuclear es, probablemente, la demostración más clara de ello.

Esto es lo que hace un reactor de fusión nuclear

Pero no vamos a extendernos más en cómo funciona, pues solo queremos tener la noción básica. Lo que nos interesa saber, realmente, es cómo es un reactor de fusión. Porque existir, existen. Hace ya años que varias compañías y conglomerados de empresas trabajan sobre su propio diseño. Algunos de los más famosos han conseguido interesantes resultados. Pero hasta el momento, obtener energía de manera comercial a partir de la fusión nuclear no es posible, ¿Por qué? El principal problema es, y todo el mundo está de acuerdo, de origen técnico. Para producir la fusión nuclear, al igual que en las centrales de fisión, hay que iniciar la reacción. El inicio requiere mucha energía porque dicha reacción, como explicábamos, necesita romper las fuerzas fundamentales que mantienen la materia unida tal y como está.

fusión nuclear

Una vez que la hemos iniciado, mantenerla es sencillo, porque la reacción en sí produce tanta energía que la reacción en cadena se mantiene sola. Pero el problema siguiente consiste en mantener la reacción controlada. En primer lugar, que la reacción en cadena nos se vaya de las manos. Una simulación de estrella, por pequeña que sea, es brutal, y controlarla requiere de un esfuerzo sobrehumano. En segundo, el hecho de mantener confinada una materia a millones de grados. Es tan caliente que cualquier material de la tierra se funde automáticamente. Por tanto, debemos usar un campo magnético para mantener el plasma caliente flotando en el aire sin que toque nada. Este proceso es bien conocido (y hemos hecho levitar cosas muy Cualquier material de la Tierra se funde a 150 millones de gradosextrañas). Pero hacer levitar algo como el plasma requiere de campos magnéticos muy potentes.

Estos tres problemas nos llevan a una pregunta fundamental: ¿cuanta energía hace falta para mantener le proceso? En la actualidad todo lo dicho arriba se puede hacer y se ha hecho. El problema, como decíamos es meramente técnico. Y es que necesitamos más energía para mantener el proceso que la que producimos con la reacción. Por ahora. Teóricamente no existe ningún límite teórico que impida que construyamos un reactor de fusión nuclear capaz de iniciar, mantener la reacción en cadena y confinar la materia al mismo tiempo que obtiene energía de sobra en el proceso.

Así son los reactores

Un reactor de fusión nuclear necesita, básicamente, de un inyector de “combustible”; un iniciador, que normalmente es un láser; una cubierta protectora (de radiación y calor); y electroimanes o cubierta magnética para mantener el plasma confinado. Hace muy poco recibíamos noticias sobre uno de los reactores de fusión más funcionales de nuestra historia: el tokamak. Este diseño de origen ruso es el que usa el ITER, un reactor con sede en Francia y que es fruto de la colaboración internacional de varios países. Consiste en una cámara capaz de calentar el deuterio y tritio a más de 100 millones de grados ºC. Una vez así, la mezcla comenzaría la fusión nuclear que alcanza los 150 millones. Para mantener la mezcla alejada de las paredes del reactor, el tokamak (y por tanto el ITER), posee un electroimán toroidal (en forma de anillo) potentísimo a su alrededor. Con el campo generado mantiene el plasma flotando.

fusión nuclear

Maqueta del reactor ITER

Precisamente, basado en este diseño, hace muy poco presentaba el MIT su propia versión del tokamak. Solo que en vez de usar una bobina eléctrica, emplea campos magnéticos generados por superconductores. La diferencia esencial de este reactor (comúnmente denominado como ARC) es que tiene un tamaño de casi la mitad del ITER pero produce una mayor cantidad de energía proporcional. De hecho, gracias a estos superconductores y a otros detalles de su construcción, según el MIT, el reactor de fusión nuclear podría estar listo en solo 3 años.

fusión nuclear

High Beta Fusion en montaje

Otros diseños de reactores de fusión nuclear son, por ejemplo, el Polywell Nuclear Reactor, que emplea átomos de hidrógeno y boro, así como un diseño más pequeño en un reactor cúbico. O el JET, el reactor tokamak más grande de la actualidad. El JET es el reactor que mejor resultado ha dado hasta la fecha, habiendo producido un de 1,7 MW. El High Beta Fusión reactor, de Lockheed Martin también es otro diseño teórico de reactor compacto que está dando de que hablar (para bien o para mal). Al final, aunque el funcionamiento técnico es muy particular, el teórico es bastante general. Y parece que la teoría la conocemos verdaderamente bien. Así que responder a las necesidades tecnológicas será solo cuestión de tiempo y dinero. ¿Cuanto? Bueno, esa es otra buena pregunta.

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