El sueño de la fusión nuclear, más cerca

El mayor problema con el que se han enfrentado hasta ahora los reactores de fusión nuclear ha sido el de generar una cantidad de energía igual o superior a la que se necesita para poner en marcha el proceso de fusión. De hecho, a las altísimas temperaturas a las que la fusión nuclear se produce (decenas de miles de grados), la materia (hidrógeno o helio) que se usa como combustible no está en estado sólido, ni líquido ni gaseoso, sino en un "cuarto estado" llamado plasma. Y dado que no existe en el mundo un material capaz de contener plasma, los "contenedores" del combustibles no pueden ser físicos, sino magnéticos o, más recientemente, generados por láser. El problema, conocido como de "confinamiento del plasma" requiere de una gran cantidad de energía para funcionar. De hecho, más energía de la que el reactor es capaz de producir.

Por eso, el "Santo Grial" de la fusión nuclear ha sido, y es, ser capaces de conseguir un balance energético positivo que permita su uso industrial. Un paso clave en este camino es lograr "ganancias de combustible" mayores que la unidad, donde la energía generada a través de la fusión supere a la cantidad de energía invertida para el funcionamiento del reactor.

A pesar de que la ignición del plasma sigue siendo el objetivo final, aún por resolver, el hito de obtener ganancias de combustible ha sido logrado por primera vez en un reactor de fusión operado por científicos del Lawrence Livermore National Laborstory. En su artículo de Nature, los investigadores detallan una serie de experimentos en el reactor NIF (National Ignition Facility) en los que han conseguido un rendimiento energético que es una orden de magnitud superior a cualquiera de los llevados a cabo hasta el momento en todo el mundo. "Lo que resulta realmente excitante -explica Omar Hurricane, autor principal del artículo- es que estamos viendo un aumento constante en la producción de energía procedente del proceso de arranque".

Lo que han conseguido los investigadores es una especie de "rebote" de partículas alfa (núcleos de helio producidos por la fusión en el reactor de núcleos de deuterio y tritio), de forma que las partículas alfa, en lugar de escapar, depositan su energía en el combustible. Al hacerlo, contribuyen al calentamiento del combustible (deuterio y tritio, DT), incrementando el número de reacciones nucleares (de fusión), lo cual a su vez produce más partículas alfa. Este proceso de retroalimentación es el mecanismo que permite la ignición del reactor.

El proceso, detallado en el artículo de Nature, ha sido demostrado en una serie de experimentos en los que el rendimiento de la fusión se ha incrementado sistemáticamente en más de un factor 10 con respecto a anteriores intentos.

Los experimentos han sido diseñados con el máximo cuidado para evitar la ruptura de la carcasa plástica que rodea y limita el combustible DT a medida que aumenta la presión. Algo que se logró modificando el pulso laser utilizado para comprimir el combustible de forma que suprimiera la inestabilidad que, en experimentos anteriores, llevaba inevitablemente a la ruptura del contenedor.

Los resultados de estos experimentos han coincidido, mucho mejor que cualquier experimento anterior, con las simulaciones informáticas existentes, proporcionando un nuevo modelo para predecir el comportamiento de la materia bajo condiciones similares a las que se producen durante una explosión nuclear.

Además, los experimentos constituyen una demostración palpable de que es posible mantener de forma segura y estable las reservas de combustible. "Hay mucho trabajo por hacer, y problemas físicos que es necesario abordar antes de llegar al final -afirma Hurricane- , pero nuestro equipo está trabajando en todos esos desafíos, y eso es lo que motiva a todos los científicos".