La ciencia de la fusión nuclear es de sobra conocida. Los físicos y los ingenieros que investigan en esta área conocen desde hace décadas desde un punto de vista fisicoquímico las propiedades de la reacción de fusión que puede desencadenarse entre dos núcleos atómicos si se dan las circunstancias idóneas. Y, sin embargo, la energía de fusión aún no es una realidad desde un punto de vista comercial.
EUROfusion, la institución que lidera la construcción y la operación de ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), el reactor de fusión experimental que está siendo construido en Cadarache (Francia), prevé que la energía de fusión comercial llegará en los años 60. Los desafíos que es necesario superar para que esto sea posible se enmarcan en el ámbito de la ingeniería, y no en el de la ciencia de una manera estricta.
En Xataka os hemos hablado de los retos que plantea la puesta a punto de los materiales de revestimiento interior de la cámara de vacío del reactor que son necesarios para soportar la interacción de los neutrones de alta energía resultantes de la reacción de fusión. También hemos hablado de la necesidad de estabilizar y sostener a lo largo del tiempo el plasma a altísima temperatura que contiene los núcleos de deuterio y tritio. Sin embargo, el desafío al que está dedicado este artículo es diferente. Y también es crucial.
Es imprescindible minimizar a toda costa la pérdida de energía dentro del plasma
El gas que contiene los núcleos de deuterio y tritio, que son los dos isótopos del hidrógeno utilizados para desencadenar la reacción de fusión, está a una temperatura de al menos 150 millones de grados Celsius. Es imprescindible que el plasma alcance esta temperatura porque de lo contrario los núcleos no adquirirán la energía cinética necesaria para vencer su repulsión eléctrica natural y fusionarse. Sin embargo, esta temperatura no es uniforme en todo el plasma.
La proliferación de átomos con carga global neutra en la periferia del plasma provoca pérdidas de energía
Los científicos que trabajan en fusión nuclear han observado que en los reactores experimentales el plasma alojado en la periferia está más frío que el de otras regiones, lo que provoca que algunos núcleos ionizados se vuelvan a enlazar con un electrón, dando lugar a átomos de hidrógeno con carga global neutra. El problema es que la proliferación de átomos neutros en la periferia del plasma provoca pérdidas de energía, y en fusión nuclear es imprescindible minimizar tanto como sea posible estas pérdidas para sostener en el tiempo la reacción.
Además es importante que no pasemos por alto que, por muy potente que sea, el campo magnético que se responsabiliza de confinar el plasma siempre tiene un límite. Es capaz de contener las partículas que tienen un nivel de energía medio, pero aquellas que superan este valor de energía tienen la capacidad de escaparse de él. Y si se escapan muchas de estas partículas se perderá mucha energía y no será posible mantener la reacción a lo largo del tiempo.
Afortunadamente un equipo de ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison (EEUU) ha ideado una estrategia muy ingeniosa para lidiar con los átomos con carga global neutra que favorecen la pérdida de energía del plasma. Lo que proponen es recubrir el manto interior de la cámara de vacío, que es la parte del reactor que está expuesta directamente al plasma, con una cobertura muy fina de tántalo. Este metal es capaz de soportar la altísima temperatura que alcanza el plasma en el interior del reactor, pero tiene otra baza incluso más importante a su favor.
Y es que, además, tiene una gran capacidad de absorción de átomos de hidrógeno, por lo que puede contribuir a mantenerlos bajo control para minimizar la pérdida de energía. Los creadores de esta tecnología también aseguran que su cobertura de tántalo es fácil de reparar y mantener, por lo que no debería tener un impacto negativo ni en el coste de construcción del reactor ni en su mantenimiento. Suena bien, pero lo más importante es que poco a poco los desafíos que plantea la llegada de la fusión nuclear comercial van cayendo uno a uno.
Imagen de portada: Fusion For Energy (F4E)
Más información: Physica Scripta
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