El pasado martes, 13 de diciembre, la portada de la web del diario El País titulaba: “EE UU anuncia un ‘logro científico histórico’ hacia la energía inagotable con la fusión nuclear”[1].

Veamos de qué se trata.

[ads_google]div-gpt-ad-1623832500134-0[/ads_google]

¿Qué es la fusión nuclear?

Un átomo es un núcleo, hecho de protones y neutrones, con electrones bailando alrededor. Los núcleos de los átomos pueden reaccionar entre sí. Pueden romperse en pedazos, o bien unirse, es decir, fusionar. Entre todos los fenómenos que pueden ocurrir entre núcleos, solo dos tipos de reacciones permiten obtener energía: 

- Cortar un núcleo gordo en 2. Eso se llama fisión. Las bombas que cayeron sobre Hiroshima y Nagasaki en 1945 aprovechaban este principio. Las más de 420 plantas nucleares que generan electricidad por todo el mundo también aprovechan este principio. La primera empezó a producir electricidad en 1954, tan solo 9 años después de las bombas.

- Fusionar 2 núcleos pequeños. Eso se llama fusión. La denominada “bomba H” aprovecha este principio. El primer ensayo de una bomba H tuvo lugar en 1952. Hoy, 70 años más tarde, todavía no hay ninguna planta nuclear que genere electricidad a partir de la fusión. Al parecer, domar la fusión es más difícil que domar la fisión. Por cierto, la fusión es la fuente de energía del Sol y de las demás estrellas.

¿Por qué resulta tan difícil domar la fusión?

Puede que el lector recuerde lo siguiente: las cargas opuestas se atraen y las cargas iguales se repelen. Bien. Basta para entender por qué fisionar es fácil mientras que fusionar no lo es.

Fisionar, cortar un núcleo gordo en 2, es fácil: basta con mandarle un neutrón. Mientras el neutrón se acerca al núcleo que va a partir, ve los neutrones y protones del núcleo. Puesto que el neutrón es… neutro, los protones del núcleo ni lo atraen, ni lo repelen. Sigue su camino tan tranquilo hasta dar con el núcleo y partirlo.

[ads_google]div-gpt-ad-1623832402041-0[/ads_google]

Supongamos ahora que quiero fusionar dos núcleos ligeros. Dos núcleos de hidrógeno, por ejemplo, cada uno formado por un único protón. Mientras se acercan el uno al otro para fusionar, los protones se ven. Siendo del mismo signo, como nos dijeron en el cole, se repelen. Hace falta insistir un montón para que se acerquen. Y cuando están lo suficientemente cerca el uno del otro, surge otro fenómeno del que no nos hablaron en el cole[2]: se pegan el uno al otro[3]. La fusión está hecha. Pero hizo falta empujar. 

Ahora, en concreto: ¿cómo se traduce esta necesidad de “empujar”? Si tengo delante unos átomos de hidrógeno y quiero que fusionen 2 a 2, en el mundo real, “empujar” quiere decir darles la energía suficiente para que se acerquen hasta pegarse. En términos aún más concretos, quiere decir calentarlos hasta unos 100 millones de grados. No se trata de un error tipográfico. Definitivamente, he escrito 100 millones de grados. Obviamente controlar esto resulta muy difícil.

¿Qué acaba de pasar en EE UU?

Para calentar hasta 100 millones de grados hace falta mucha energía. Por tanto, si lo que saco de mis reacciones de fusión es menos que lo gastado para calentar, no vale la pena. Es como invertir 50 euros para obtener 30 en total. Pues lo que acaba de pasar en EEUU es que, por primera vez desde hace 70 años, el pasado 5 de diciembre, en un experimento de fusión se ha obtenido más energía que la invertida para producirla. 1,53 veces más, para ser preciso.

¿Cuán lejos está una planta de fusión nuclear?

Los investigadores del laboratorio Lawrence Livermore en California usaron la energía de 192 láseres gigantes que ocupan la superficie de 2 campos de futbol (lo visité en 2012), para calentar una esferita de hidrógeno de unos milímetros[4]. El experimento duró unos 10 nanosegundos, el tiempo que tarda la luz en recoger 3 metros. De momento solo puede repetirse diariamente. Y como se dijo anteriormente, la ganancia energética fue de 1,53.

Pues, una planta de fusión nuclear que generara electricidad debería repetir la misma operación varias veces en un segundo en lugar de una vez al día, y lograr cada vez una ganancia energética del orden de 100 en lugar de 1,53.

Como dijo Omar Hurricane, uno de los responsables del programa, en una charla científica a la que asistí en agosto del 2021: “Si esto fuera un avión comercial, estaríamos en la etapa de los hermanos Wright”. 

¿Cuáles son las promesas de la fusión?

Vale la pena contrastar la fisión con la fusión para entender por qué, a pesar de sus dificultades, tanta gente está investigando la fusión. Empiezo por los puntos comunes antes de repasar las diferencias.

Puntos comunes entre fisión y fusión:

- Ninguna de ellas descansa en reacciones químicas de combustión. De modo que ninguna emite CO₂.

- Por razones muy fundamentales[5], ambas necesitan típicamente 1 millón de veces menos material que los combustibles fósiles para generar la misma energía.

Diferencias entre fisión y fusión

- Como vimos, es fácil fisionar, cortar en 2, un núcleo gordo: basta con mandarle un neutrón. Es posible, entonces, perder el control de una planta de fisión (como ha ocurrido en Chernóbil y en Fukushima). Al contrario, una vez has fusionado una bolita de hidrógeno con los 192 láseres, las bolitas siguientes no pueden venir solitas, ni los láseres disparar solitos: por diseño propio, no hay pérdida de control posible en la fusión.

- La fisión de un núcleo gordo produce residuos radiactivos. Es fruto de las leyes de la naturaleza: imposible evitarlo.

Con la fusión, hay elección. Según la reacción de fusión elegida, no se genera nada de radiactividad, o bien muchísima menos que en la fisión[6].

Conclusión

Se habla de la fusión como una fuente de energía inagotable y limpia. Es cierto. Hay matices, pero es cierto. Ahora bien, lo recién logrado en EEUU es muy importante, pero aún queda mucho camino hasta conseguir una planta comercial.

Para limitar el calentamiento global, convendría llevar a 0 las emisiones de CO₂ en un plazo de 50 años[7]. ¿Ayudara la fusión en eso? Salvo buenísima sorpresa[8], lo dudo. Incluso si tuviéramos una planta nuclear de fusión en 20 años, haría falta una tasa de crecimiento anual increíble[9] para que la fusión cope, en los 30 años restantes, el 40%, por ejemplo, de la producción energética mundial.

Eso sí, a largo plazo, la fusión podría ser una fuente de energía muy valiosa para el siglo XXII y los siguientes. Ahora bien, ¿sabrá la humanidad manejarla mejor que un adolescente a quien se le regalarían millones? Eso es otra pregunta.

Notas

[1] El reportaje fue publicado en la edición en papel el miércoles, día 14. 

[2] No es ninguna conspiración. Si se ensañara física nuclear en el cole, no habría tiempo para enseñar cosas mucho más generales e imprescindibles, como historia, lengua, educación física, educación plástica, etc.

[3] En jerga científica se dice que la “fuerza nuclear fuerte” vence la “fuerza de Coulomb” a muy corta distancia.

[4] Existe otra via de investigación para la fusión: la denominada “fusión magnética”. Recientemente alcanzó un rendimiento energético de 0,33. El proyecto ITER va por esta rama.

[5] Intensidad relativa de la fuerza nuclear fuerte y de la fuerza de Coulomb.

[6] La reacción considerada en la actualidad es la fusión del deuterio y del tritio. Produce helio, que no es nada radiactivo, y un neutrón, que puede activar el material de las paredes de la cámara de reacción. Existen otras reacciones de fusión que ni siquiera producen un neutrón, como la fusión de un protón con un núcleo de boro. Pero la más fácil de producir es deuterio-tritio. Por eso empezamos con ésta.

[7] Ver el ultimo informe del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático.

[8] La sorpresa puede venir de las numerosas empresas privadas que recién invierten en la fusión.

[9] Mas de 34%.