El sueño de producir energía limpia a partir de la fusión nuclear parece estar cada vez más cerca. Los físicos están de plácemes. En Japón acaban de marcar un hito. Lograron encender el reactor de fusión nuclear más grande del mundo, el JT-60SA.
La fusión nuclear se considera una fuente de energía potencialmente revolucionaria y limpia, pero todavía se encuentra en desarrollo. El nuevo avance ocurre apenas a unos meses de que el National Ignition Facility (NIF) en Estados Unidos lograra un factor de ganancia positivo en un experimento de fusión nuclear por confinamiento inercial .
El JT-60SA
Los científicos del reactor experimental JT-60SA de los Institutos Nacionales de Ciencia y Tecnología Cuántica (QST) de la ciudad de Naka, en Japón, lograron encenderlo y obtuvieron el «primer plasma». Todavía requiere otras pruebas significativas y generar energía de forma efectiva. Un enorme paso.
El JT-60SA utiliza potentes campos magnéticos generados por bobinas superconductoras que contienen dentro de un anillo de vacío (un recipiente con forma de rosquilla) un plasma increíblemente caliente, es decir, una nube de gas ionizado que genera el reactor. El objetivo es inducir la fusión de núcleos de hidrógeno mediante este plasma y liberar energía.
En el JT-60SA, el plasma está formado por hidrógeno y su isótopo, el deuterio. Cuando las temperaturas alcanzan niveles extremos, los átomos del plasma se fusionan y liberan grandes cantidades de energía en forma de radiación y calor que convertirá el agua en el vapor que moverá la turbina que genera electricidad.
El reactor, de cuatro pisos de altura, mantiene el plasma caliente a 200 millones de grados Celsius durante 100 segundos, lapso mayor que en reactores experimentales previos. Por ejemplo, en tokamak, otro de los dispositivos de confinamiento magnético que se están desarrollando para producir energía de fusión nuclear controlada, utiliza un campo magnético poderoso para confinar plasma en la forma de un toroide.
Sam Davis, de Fusion for Energy, opina que el avance demuestra que la máquina cumple su objetivo principal. El líder del proyecto, Hiroshi Shirai, pronostica que se requieren dos años más para generar plasmas estables que permitan pruebas significativas.
Abriendo paso a ITER
Japón recibió el JT-60SA como compensación por ceder la sede del Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER) a Francia, una operación que mejoró el reactor JT-60 operativo desde 1980. El reactor japonés apoyará a ITER, el gran reactor internacional en construcción, pretende generar más energía de la utilizada, a través de la fusión de núcleos de hidrógeno. Un hecho que demostraría la viabilidad energética de la fusión nuclear.
El tokamak de Japón mide 15,5 metros de altura y alberga un volumen de plasma de 135 metros cúbicos, una sexta parte del contenido en su primo europeo. Los plasmas que generará serán muy similares a los planificados para el reactor en construcción en Francia. Pero JT-60SA usará solo hidrógeno y deuterio, no tritio, una tercera forma de hidrógeno. Aunque caro, escaso y radiactivo, se considera el tritio la opción más eficiente para la producción de energía. El ITER planea utilizar combustible de deuterio-tritio a partir de 2035.
El ITER se construye en Cadarache, en el sur de Francia, y cuenta con la colaboración de 35 países. Se le considera el reactor experimental más grande del mundo. Alberto Loarte, director científico de ITER, reconoció que los datos y conocimientos obtenidos en el JT-60SA les servirán de base. Sería el primer dispositivo de fusión que logre una ganancia neta de energía –producirá más energía de la que absorbe– y el primero en mantener la fusión durante períodos largos de tiempo. También será el primero en poner a prueba las tecnologías integradas, materiales y físicas necesarios para la producción comercial de la electricidad de fusión.
Tropiezos y retrasos
Al igual que otros proyectos de fusión, JT-60SA sufrió importantes demoras que extendieron su desarrollo a más de 15 años. Inicialmente estaba planificado para 2016, pero los rediseños, problemas de adquisición y el terremoto en 2011 causaron retrasos. Durante las pruebas en 2021, un cortocircuito dañó cables y los sistemas de refrigeración. Tardaron dos años y medio en revisar y rediseñar aislamientos eléctricos. El accidente llevó a ITER aplicar controles más rigurosos.
No están solos
El desarrollo de la energía con fusión nuclear no ha sido tan rápido y exitoso como quisieran muchos ambientalistas. Pero nunca como ahora hubo tantos proyectos para agilizar su desarrollo. Existen empresas privadas y proyectos impulsados por gobiernos que trabajan en tecnologías de energía de fusión nuclear. Todos tienen como objetivo proporcionar una fuente de energía limpia, segura y prácticamente inagotable para satisfacer la demanda energética mundial.
En el sector privado destaca General Fusion, una empresa con sede en Columbia Británica, Canadá, que utiliza un enfoque de compresión magnética para lograr la fusión nuclear. La empresa tiene el respaldo de Jeff Bezos, de Amazon, y otros personajes del mundo de las finanzas. Otro emprendimiento privado es Tri Alpha Energy, con sede en California que utiliza un enfoque de plasma de radiofrecuencia. La empresa fue fundada en 1998 y ha mantenido un riguroso silencio sobre sus avances y obstáculos.
Entre los impulsados por gobiernos, además de ITER, avanza el de National Ignition Facility (NIF), proyecto del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, en Estados Unidos, que utiliza la fusión por confinamiento inercial mediante láser. Otro es el CFQS, motorizado por el gobierno de Canadá. Utiliza campos magnéticos para confinar el plasma en un espacio más pequeño que los reactores de fusión convencionales, con menos costos y menor tamaño de los reactores.
Se se están probando cinco tecnologías
- Fusión por láser: Inicia reacciones mediante haces láser u ondas de partículas aceleradas, para lograr la energía necesaria. Se prueba en Estados Unidos y Francia.
- Reactores compactos: Usan campos magnéticos para confinar plasma en espacios más pequeños, reduciendo costos y tamaño: CFQS y HT-CR.
- Fusión inercial: Comprime combustible con láser u ondas de partículas hasta fusión. En ensayo en EE UU y Francia.
- Tokamaks avanzados: Mejoran diseño y materiales de reactores tokamak para mayor eficiencia, como el ITER y DEMO.
- Stellarators: Usan campos magnéticos toroidales, más estables que tokamaks pero más complejos: el NSTX y Wendelstein 7-X.
Un paso a la vez
La posibilidad de tener plantas eléctricas alimentadas por reactores de fusión nuclear no está a la vuelta de la esquina. Todavía la producción de energía limpia y barata de manera comercial que promete la fusión nuclear tardará unos años en hacerse realidad. Se trabaja en los principales laboratorios del mundo. España incluída. Las emergentes empresas de fusión nuclear han ganado atención e inversiones en los últimos años.
Aunque el JT-60SA inició operaciones, todavía faltan mucha pruebas significativas que demuestren su capacidad generadora de energía. El objetivo con el que fue concebido no es alcanzar rentabilidad energética, sino seguir avanzando en el conocimiento de cara a reactores futuros que sí logren este umbral.
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