La energía nuclear que actualmente se produce en centrales nucleares para producir electricidad se basa en la fisión nuclear, es decir, la rotura de átomos pesados para emitir energía en el proceso (con el problema de generación de residuos nucleares, de minería y disponibilidad de elementos como el uranio que supone). Pero existe otra energía nuclear, la producida por la fusión de átomos, que pasa en estrellas como en nuestro sol. En nuestro planeta es una eterna promesa lograrla para producir directamente energía. Os contamos en qué consiste y los retos para conseguirla.
La fusión nuclear consiste en la unión de átomos ligeros, normalmente de hidrógeno (el más ligero y el primer elemento de la tabla periódica) para formar otro núcleo más pesado. Estas reacciones pueden absorber o liberar energía. Por ejemplo, en las estrellas ocurre la fusión de dos átomos de hidrógeno para formar helio y en el proceso se libera energía en forma de radiación electromagnética y que percibimos como luz y calor.
Lograr de forma artificial esta fusión de núcleos atómicos para producir energía sin generar residuos radiactivos con un elemento químico muy abundante (aunque no en forma libre sino unido a otros elementos como en el agua) es una promesa sin cumplir de obtener una energía limpia, ilimitada y barata.
Los obstáculos de la fusión nuclear
Hay varios retos que han impedido hasta ahora conseguir la fusión nuclear, explica el Consejo de Seguridad Nuclear. El principal es que se necesita muchísima energía para que los núcleos se acerquen, tanta como para que la fuerza de atracción nuclear supere a las fuerzas de repulsión electrostática que funcionan a nivel atómico. Para intentar lograr esa fusión atómica se recurre a aceleradores de partículas y al calentamiento a temperaturas muy elevadas a nivel experimental.
En el caso del calentamiento, que se conoce como fusión térmica, es necesario confinar el plasma que se forma a altas temperaturas (una masa gaseosa formada por electrones libres y átomos con carga eléctrica) en un reactor el tiempo justo para que ocurra la reacción. Pero los materiales de las vasijas convencionales usadas en la fisión nuclear no soportan las temperaturas tan elevadas necesarias para lograr ese plasma.
Para ello, se están investigando dos posibles métodos de confinamiento: uno que utilice un campo magnético y otro con un confinamiento inercial al lograr un plasma tan denso que sea casi imposible que las partículas escapen sin chocar entre sí.
Primera vez que se logra ganar energía en una fusión nuclear *
Como hemos explicado, hay que gastar energía para lograr que se unan los átomos y liberen energía. Por lo que el reto no es sólo lograr la fusión nuclear sino que además libere más energía de la necesaria para conseguirla. En diciembre de 2022 se ha obtenido por primera vez en la historia una ganancia neta de energía, según ha anunciado la secretaria de Energía de Estados Unidos y el subsecretario de Seguridad Nuclear y Administrador de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear (NNSA por sus siglas en inglés).
El 5 de diciembre, el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, situado en California (Estados Unidos), ha conseguido producir una energía de 3,15 megajulios tras suministrar con un láser 2,05 megajulios. “Esto significa que por primera vez en la historia de la física y de la energía un dispositivo de fusión nuclear, a través del método de confinamiento inercial usando un láser, ha conseguido la ignición y ganancia de energía en el laboratorio”, según ha explicado a Science Media Centre España José Manuel Perlado Martín, profesor emérito de Física Nuclear y presidente del Instituto de Física Nuclear Guillermo Velarde (IFN-GV) de la Universidad Politécnica Madrid.
Para el experto se trata de “un enorme paso” para creer que la fusión nuclear “puede ser la fuente de alta densidad de energía masiva y concentrada que necesita la humanidad”. “Este es un gran hito científico” porque los resultados experimentales obtenidos “son de gran importancia científica al conseguir por primera vez una amplificación de la energía de fusión nuclear superior a la unidad”, ha valorado a Science Media Centre España Carlos Hidalgo, responsable del Laboratorio Nacional de Fusión, Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT).
*Actualizado el 14 de diciembre con el anuncio por parte de la administración estadounidense de la obtención de energía neta en una fusión nuclear.
