¿Qué es la fusión nuclear? La ciencia y un nuevo hito explicados

Este artículo ha sido actualizado el 15 de diciembre de 2022. Se publicó originalmente el 10 de febrero de 2022.

Científicos estadounidenses han logrado un gran avance en el campo de la fusión nuclear: una "ganancia neta de energía" que supone un paso adelante hacia un futuro energético más limpio.

En un experimento de fusión con láser, los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de California consiguieron producir más energía de la que consumía la reacción: una ganancia neta de 1,5 megajulios en menos tiempo del que tarda la luz en recorrer una pulgada.

El avance se anunció en una rueda de prensa retransmitida en directo desde el Departamento de Energía de EE. UU., dirigida por la Secretaria de Energía estadounidense, Jennifer Granholm.

"Se trata de un gran ejemplo de perseverancia... es un hito científico, pero también una maravilla de la ingeniería difícil de creer", declaró en un comunicado la Dra. Arati Prabhakar, Directora de la Oficina de Política Científica y Tecnológica de la Casa Blanca.

"El lunes 5 de diciembre fue un día importante para la ciencia", añadió la Subsecretaria de Seguridad Nuclear y Administradora de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear (NNSA), Jill Hruby.

Explicó que 192 láseres convergieron en un objetivo no mayor que un grano de pimienta y lo calentaron a más de 3 millones de grados C, "simulando brevemente las condiciones de una estrella y logrando la ignición".

Se trata de un logro histórico tanto para la seguridad nacional como para el futuro de la energía limpia.

"Esto marca el comienzo de la era de la fusión", declaró Michl Binderbauer, Consejero Delegado de TAE Technologies. "Es un paso crucial que valida una teoría y refuerza nuestro creciente campo de trabajo en la energía de fusión. Al alcanzar un punto de inflexión para la investigación y obtener un apoyo vital, estamos preparados para inventar una realidad impulsada por la energía de fusión comercial."

La investigación pública y privada sería necesaria para ampliar la tecnología y el Presidente Biden tiene la visión de llegar a una planta de fusión nuclear en una década, añadió Granholm.

Las centrales nucleares actuales utilizan la fisión nuclear, es decir, la división del núcleo de un átomo.

La fusión nuclear es lo que ocurre en el Sol y otras estrellas y consiste en unir dos núcleos atómicos para formar uno mayor. Ambas reacciones liberan grandes cantidades de energía, pero con la fusión nuclear el rendimiento energético es muy alto y la producción de residuos nucleares muy baja.

La fusión se produce cuando dos átomos ligeros se unen, o fusionan, para formar uno más pesado. La masa total del nuevo átomo es menor que la de los dos que lo formaron; la masa "que falta" se desprende en forma de energía, tal y como describe la famosa ecuación E=mc2 de Albert Einstein.

Existen varias "recetas" para cocinar la fusión nuclear, que se basan en diferentes combinaciones atómicas.

En la actualidad, la combinación más prometedora para producir energía en la Tierra es la fusión de un átomo de deuterio con uno de tritio. El proceso, que requiere temperaturas de unos 72 millones de grados Fahrenheit (39 millones de grados Celsius), produce 17,6 millones de electronvoltios de energía.

El deuterio es un ingrediente prometedor porque es un isótopo del hidrógeno. A su vez, el hidrógeno es una parte fundamental del agua. Un galón de agua de mar (3,8 litros) podría producir tanta energía como 300 galones (1136 litros) de gasolina.

Aunque la energía de fusión nuclear ofrece la perspectiva de una fuente de energía casi inagotable para las generaciones futuras, también ha planteado muchos retos científicos y de ingeniería hasta ahora insuperables.

En el Sol, las enormes fuerzas gravitatorias crean las condiciones adecuadas para la fusión nuclear en el núcleo de la estrella, pero en la Tierra son mucho más difíciles de conseguir.

El combustible de fusión -diferentes isótopos de hidrógeno- debe calentarse a temperaturas extremas del orden de 50 millones de grados Celsius, y debe mantenerse estable bajo una intensa presión, y lo suficientemente denso y confinado durante el tiempo necesario para permitir la fusión de los núcleos.

El logro de esta semana de "ganancia neta de energía" es uno de los pocos avances recientes de la energía de fusión.

El pasado mes de enero, utilizando el láser más grande del mundo, los científicos consiguieron por primera vez que el combustible de fusión se calentara más que el calor que se le inyectaba, logrando un fenómeno llamado plasma ardiente que supuso un paso adelante hacia la energía de fusión nuclear autosostenida.

En febrero, investigadores ingleses declararon haber conseguido 59 megajulios de energía de fusión sostenida en una instalación de Culham, cerca de Oxford. Esta cantidad duplicó con creces la marca anterior.

Las reacciones de fusión nuclear del proyecto conjunto europeo JET lograron 59 megajulios de energía durante un periodo de cinco segundos. Expresado como unidad de potencia, equivale a algo más de 11 megavatios de media en cinco segundos. El récord anterior, alcanzado en 1997 con 22 megajulios, equivalía a 4,4 megavatios de media en cinco segundos.

Ian Chapman, director de la Autoridad de la Energía Atómica del Reino Unido, lo describió como un hito que acerca a los investigadores a la conquista de uno de los mayores retos de la ciencia.

Los científicos han advertido que aún se necesitan años de trabajo y que el nivel de energía logrado hasta ahora es modesto. Los 59 megajulios de energía producidos en ese experimento, por ejemplo, solo bastaron para hervir unos 60 hervidores de agua.

"Estamos adquiriendo los conocimientos y desarrollando la nueva tecnología necesarios para obtener una fuente de energía de base sostenible y con bajas emisiones de carbono que ayude a proteger el planeta para las generaciones futuras", declaró Chapman a principios de este año. "Nuestro mundo necesita energía de fusión".

Tony Donne, director de programa del grupo EUROfusion responsable de ese proyecto, afirmó que los nuevos resultados demuestran que los científicos van por buen camino.

"Si podemos mantener la fusión nuclear durante cinco segundos, podremos hacerlo durante cinco minutos y luego durante cinco horas a medida que ampliemos nuestras operaciones en futuras máquinas", declaró Donne el pasado mes de febrero.

Este artículo se publicó originalmente en 2017 y se actualizó en diciembre de 2022 para tener en cuenta las nuevas investigaciones científicas.