La búsqueda de la fusión nuclear simple y barata está en marcha, y estas dos estrategias son muy prometedoras
La fusión nuclear tal y como la conocemos hasta ahora no es sencilla. Ni barata. Los reactores experimentales que recurren al confinamiento magnético, como JET, que lleva en funcionamiento en Reino Unido desde 1983, o ITER, actualmente en construcción en el sur de Francia, lo demuestran. Y con el confinamiento inercial por el que abogan otras organizaciones, como el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, en Estados Unidos, sucede exactamente lo mismo.
Los desafíos a los que se enfrentan las dos estrategias utilizadas en la fusión nuclear que mejores resultados nos están entregando hasta ahora son titánicos, pero poco a poco ambas van refinándose. Y avanzando. No obstante, estas tecnologías no son las únicas que persiguen poner a punto un reactor capaz de emular el mecanismo que permite a las estrellas obtener energía utilizando el combustible que aglutinan en su interior.
A pesar de los desafíos que conlleva, la fusión nuclear es muy prometedora. Tanto que, de hecho, algunas empresas privadas han nacido con la intención de proponer nuevas formas más eficientes y económicas de llevarla a cabo. La británica First Light Fusion y la australiana HB11 Energy son dos de las que parecen haber puesto a punto las alternativas al confinamiento magnético e inercial convencionales más interesantes, por lo que merece la pena que echemos un vistazo a sus propuestas.
Una forma original de implementar la fusión por confinamiento inercial
La estrategia que ha elaborado First Light Fusion (FLF) es muy ingeniosa. El confinamiento inercial utilizado en el experimento NIF (National Ignition Facility) del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore recurre a una cantidad de combustible muy pequeña, en forma de pequeña bola de deuterio y tritio, para conseguir que implosione concentrando sobre ella de forma súbita la energía de una gran cantidad de láseres de alta potencia.
De esta manera el combustible se condensa con una violencia tremenda para lograr que la probabilidad de que los núcleos de deuterio y tritio se fusionen sea muy alta. Sin embargo, la fusión nuclear mediante confinamiento inercial se enfrenta a dos grandes desafíos. El primero de ellos es la necesidad de alcanzar la rentabilidad energética, que es el punto en el que obtenemos más energía mediante la fusión que la que hemos invertido para desencadenarla.
Y el segundo reto requiere encontrar la forma de estabilizar la reacción para que sea posible sostenerla en el tiempo. El enfoque de FLF es diferente. Y es que lo que proponen sus ingenieros es lanzar un proyectil de tungsteno a una velocidad muy alta para que colisione con una cápsula de deuterio alojada en el interior de una cámara de vacío.
La velocidad a la que se desplaza el proyectil es crucial porque debe ser lo suficientemente alta para que la energía del impacto provoque la implosión súbita de la cápsula de combustible. De lo contrario la reacción de fusión entre los átomos de deuterio, que es un isótopo del hidrógeno, no tendría lugar. Además, esta estrategia requiere el lanzamiento de un nuevo proyectil cada 30 segundos para sostener la reacción de fusión a lo largo del tiempo.
A partir de aquí, muy a grandes rasgos, un intercambiador de calor se responsabiliza de transportar una parte de la energía térmica generada por la fusión de los núcleos de deuterio fuera de la cámara. Allí una turbina primero y un alternador después permiten la obtención de energía eléctrica en un proceso similar al que tiene lugar en las actuales centrales de fisión nuclear.
Según FLF su propuesta es hasta un 50% más eficiente y mucho menos compleja desde un punto de vista tecnológico que la fusión nuclear mediante confinamiento inercial convencional. Además, esta compañía asegura haber llevado a cabo con éxito una prueba piloto que ha estado supervisada por la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido.
En cualquier caso, a pesar de lo interesante que suena este proyecto lo más prudente es moderar el entusiasmo. La tecnología que propone FLF está dando los primeros pasos, y llevar a la práctica todo lo que promete, por muy buena pinta que tenga, que la tiene, puede obligar a sus ingenieros a resolver desafíos que quizá no sean tan fáciles de acometer como esta compañía parece sugerirnos.
HB11 nos propone otra aproximación ingeniosa al confinamiento inercial
La estrategia que ha ideado la compañía australiana HB11 Energy toma como punto de partida el confinamiento inercial que hemos descrito más arriba, el convencional, pero lo replantea con el propósito de abordarlo de una forma más simple y eficiente, al menos sobre el papel. La diferencia más evidente entre una tecnología y otra consiste en que mientras el confinamiento inercial requiere la utilización de una gran cantidad de láseres de alta potencia el reactor HB11 emplea tan solo dos.
Como podemos intuir, este principio de diseño debería reducir el coste y la complejidad tecnológica del reactor, así como la energía que es necesario invertir en el proceso para desencadenar la reacción de fusión nuclear. El primer láser incide sobre una bobina alojada en el interior de una esfera de metal con el propósito de generar una potente jaula magnética que tiene la responsabilidad de confinar el plasma.
A continuación un pulso emitido por el segundo láser de alta potencia impacta sobre una cápsula de boro e hidrógeno, acelerando dramáticamente los átomos de este último elemento químico y desencadenando la fusión de sus núcleos. Una de las bazas de esta estrategia consiste en que en este proceso no intervienen elementos químicos radiactivos, como el tritio.
El resultado de la fusión de los núcleos de boro e hidrógeno son partículas alfa, que no son otra cosa que núcleos de helio ionizados
Además, el resultado de la fusión de los núcleos de boro e hidrógeno son partículas alfa, que no son otra cosa que núcleos de helio ionizados, que, por tanto, han sido despojados de sus electrones. Por esta razón han adquirido carga positiva y pueden ser confinados por el campo magnético generado por el primer láser.
Por otro lado, la carga eléctrica de los núcleos de helio puede ser neutralizada y utilizada para generar electricidad sin necesidad de emplear una turbina capaz de transformar la energía cinética en energía mecánica, que es lo que se hace actualmente en las centrales nucleares de fisión.
Otro punto a favor de esta estrategia: no genera residuos radiactivos de alta actividad con los que es difícil lidiar debido a que la fusión de los núcleos de boro e hidrógeno no desencadena la emisión de neutrones de alta energía, algo que, sin embargo, sí sucede como resultado de la fusión de los núcleos de deuterio y tritio en el interior de los reactores que recurren al confinamiento magnético.
Todo esto suena bien. De hecho, los responsables de HB11 Energy aseguran haber llevado a cabo pruebas muy prometedoras en el Instituto de Ingeniería Láser de la Universidad de Osaka, en Japón, en las que, según ellos, su propuesta ha demostrado ser rentable desde un punto de vista energético. No obstante, al igual que cuando hemos indagado en la tecnología de FLF, lo más prudente es que no demos nada por hecho. Ambas opciones son muy prometedoras, pero aún tienen mucho que demostrar más allá de su viabilidad teórica.
Imagen de portada | Pixabay
Más información | First Light Fusion | HB11 Energy
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La búsqueda de la fusión nuclear simple y barata está en marcha, y estas dos estrategias son muy prometedoras
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Xataka
por
Juan Carlos López
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