Científicos del Joint European Torus (JET), la mayor instalación de fusión por confinamiento magnético actualmente en operación a nivel mundial situada cerca de Oxford (Reino Unido), anunciaron este miércoles que habían generado la mayor energía sostenida de la historia a partir de la fusión de átomos –el proceso que alimenta al Sol–, duplicando con creces su propio récord de los experimentos realizados en 1997, hace 24 años. En concreto, se ha alcanzado el récord de energía de fusión de 59 megajulios, mantenida durante 5 segundos.
Investigadoras del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) han participado en el experimento donde se ha utilizado la mezcla de combustible de fusión de deuterio y tritio, la prevista para el ITER, el mayor reactor de fusión nuclear por confinamiento magnético del mundo que se está construyendo en el sur de Francia gracias a la colaboración de 35 países y con un presupuesto de 22.000 millones de dólares. Los resultados del experimento, anunciados este miércoles, son la demostración más clara en 25 años del potencial de la energía de fusión para proporcionar una energía segura, sostenible y casi ilimitada con bajas emisiones de dióxido de carbono y ningún residuo radiactivo.
Para batir el récord de energía, el JET utilizó una mezcla de combustible de tritio, el mismo que alimentará el ITER. El tritio es un isótopo raro y radiactivo del hidrógeno que, al fusionarse con el deuterio, produce muchos más neutrones que las reacciones del deuterio solo. Ello aumenta la producción de energía, pero el uso de este combustible exigió que el JET se sometiera a más de dos años de renovación para preparar la máquina para el ataque.
Imagen: EUROfusion
«Tenemos una máquina muy grande en la que se hace el vacío, calentamos un gas a una temperatura de 150 millones de grados, que también ionizamos. Con esto conseguimos plasma, el cuarto estado de la materia. Además, se usan campos magnéticos muy fuertes para confinar a las partículas y que el plasma no se escape a las paredes de la instalación y entre en contacto con una superficie física que está más fría. Después se introduce el hidrógeno y sus isótopos que son el deuterio y el tritio y se produce la fusión», señala Elena de la Luna, investigadora del CIEMAT y task force leader de la campaña experimental y miembro de EUROFusion, que ha participado en los recientes experimentos llevados a cabo en el JET.
«JET logró realmente lo que se preveía. Los mismos modelos dicen ahora que el ITER funcionará», afirma la física de la fusión Josefine Proll, de la Universidad Tecnológica de Eindhoven (Países Bajos).
El último experimento del JET mantuvo un valor Q de 0,33 durante cinco segundos. Con una décima parte del volumen, el JET es una versión reducida del ITER: una bañera comparada con una piscina, dice Proll, y como pierde calor más fácilmente nunca se esperó que alcanzara el punto de equilibrio. Si los ingenieros aplicaran las mismas condiciones y el mismo enfoque físico al ITER, dice, probablemente alcanzaría su objetivo de un Q de 10, produciendo diez veces la energía introducida.
Próximo reto: resistir al calor
Los investigadores de la fusión están lejos de tener todas las respuestas. Uno de los retos pendientes, por ejemplo, es el tratamiento del calor creado en la región de escape del reactor ITER, cuya superficie aumentará en comparación con el JET, pero no proporcionalmente al aumento de potencia que tendrá que manejar. Actualmente se está investigando el diseño que mejor soportará el calor, concluye Proll.
En el marco del proyecto de fusión nuclear ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) se está construyendo en Francia el tokamak (un reactor de fusión nuclear por confinamiento magnético con forma de toro) más grande del mundo y que en teoría abrirá el camino para el desarrollo de centrales de fusión nuclear a nivel comercial. Actualmente, el ITER se encuentra en fase de montaje y se espera producir el primer plasma de fusión en 2025 y las primeras operaciones con deuterio y tritio para el 2035.
Imagen: ITER
Hasta el momento, ningún experimento ha generado más energía de la que requiere, pero el ITER debería ser capaz de alcanzar este objetivo. Los experimentos -la culminación de casi dos décadas de trabajo- son importantes para ayudar a los científicos a predecir cómo se comportará el ITER y servirán de guía para sus ajustes de funcionamiento, dice Anne White, física del plasma del Instituto Tecnológico de Massachusetts, en Cambridge, que trabaja en tokamaks.
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Nací en los 80. Deseo que antes de que me muera pueda ver que dominamos la fusión. Será el mayor avance de la humanidad de la historia.