Ahora tiene más sentido que nunca volver a la Luna: el helio-3 espera para relanzar la energía de fusión
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Ahora tiene más sentido que nunca volver a la Luna: el helio-3 espera para relanzar la energía de fusión

Han transcurrido exactamente 50 años desde que el ser humano pisó la superficie de la Luna por última vez. Los astronautas estadounidenses Eugene Cernan y Harrison Schmitt, que junto a Ronald Evans completaban la tripulación del Apolo 17, caminaron sobre la superficie lunar en diciembre de 1972. Desde entonces ningún otro ser humano ha repetido esta proeza, pero esto está a punto de cambiar.

Si todo va como está previsto, el ‘Programa Artemis’, que está liderado por la NASA pero en el que también participan otras agencias espaciales, como la europea o la mexicana, e, incluso, varias empresas privadas, volverá a colocar al ser humano sobre la Luna en 2025. Su propósito es muy ilusionante: persigue establecer una presencia sostenible tanto en la superficie como en la órbita lunar, así como afianzar las bases de una economía lunar.

El ser humano no ha regresado hasta ahora a la Luna porque este proyecto es extremadamente costoso y muy complejo desde un punto de vista técnico. Pero, sobre todo, debido a que no había una razón de peso para volver. Ahora sí la hay. Y no solo una; tenemos varios motivos para establecer en este satélite una base estable. Disponer de una infraestructura lunar simplifica enormemente el viaje a Marte que la NASA planea realizar durante la próxima década. Pero hay más razones.

El helio-3 es el ingrediente estrella de la fusión nuclear. Y nos está esperando

Como os hemos explicado en otros artículos, el combustible que, si todo sale como está previsto, utilizarán los futuros reactores de fusión nuclear será un plasma extremadamente caliente conformado por núcleos de deuterio y tritio. Este gas debe alcanzar una temperatura de al menos 150 millones de grados Celsius para que estos dos isótopos del hidrógeno adquieran la energía necesaria para vencer su repulsión natural y puedan fusionarse.

Cuando se dan las condiciones necesarias, que, como acabamos de ver, son extremadamente exigentes, y la fusión de un núcleo de deuterio y otro de tritio tiene lugar, se produce un núcleo de helio-4, que es un elemento estable, y, por tanto, no radiactivo y completamente inofensivo, y se libera un neutrón. Precisamente, esta última partícula es en gran medida la responsable de que esta “receta” de la fusión nuclear sea tan compleja.

Y es que este neutrón sale despedido con una energía enorme (14 MeV), y, para rizar el rizo, como su carga eléctrica global es neutra no puede ser confinado en el interior del campo magnético que mantiene el plasma bajo control. Estos neutrones de altísima energía son muy importantes debido a que son los que en la práctica van a permitirnos producir la energía eléctrica que necesitamos.

El neutrón resultante de la fusión de los núcleos de deuterio y tritio sale despedido con una energía de 14 MeV

Sin embargo, no podemos pasar por alto que también representan una forma de radiación muy agresiva que puede degradar sensiblemente los materiales utilizados en el reactor. Los componentes que se verán más afectados por el impacto directo de los neutrones de alta energía y el flujo de calor más intenso son la pared interna del reactor y el blanket, que es un manto que la recubre y que tiene como propósito regenerar el tritio que es necesario utilizar como combustible en la reacción de fusión nuclear.

Precisamente, el proyecto IFMIF-DONES, que está arrancando actualmente en Granada, persigue, entre otras cosas, poner a punto un acelerador de partículas lineal que actuará como una fuente de neutrones. Su propósito es evaluar la forma en que interaccionan los neutrones de alta energía y los materiales candidatos a ser utilizados en la construcción de DEMO, que será el reactor de fusión experimental que pretende demostrar la viabilidad de esta tecnología para producir electricidad.

Ifmif Dones
La instalación IFMIF-DONES de Granada contará con dos aceleradores capaces de acelerar una corriente de 125 mA de deuterones hasta 40 MeV. Construirlos es un reto tecnológico de proporciones casi épicas.

Los materiales que mejor soporten esta forma de radiación llegarán a DEMO, y, posiblemente, también a los reactores de fusión nuclear comerciales que deberían sucederle si todo va como está previsto. Sin embargo, ¿qué sucedería si no se produjese ese neutrón? Sencillamente, esquivaríamos de un plumazo y en gran medida la degradación del reactor. Este es, precisamente, el momento en el que entra en juego el helio-3.

Y es que si reemplazamos el tritio, que es radiactivo y muy escaso, por helio-3 con el propósito de fusionar un núcleo de deuterio y otro de este isótopo del helio, nos libraríamos del neutrón de alta energía. Si somos capaces de recrear las condiciones necesarias para que un núcleo de helio-3 se fusione con un núcleo de deuterio, que tiene un protón y un neutrón, obtendremos un núcleo de helio-4, un protón y se liberará mucha energía.

El resultado de la fusión entre un núcleo de helio-3 y otro de deuterio es el mismo de la fusión del tritio y el deuterio, pero en vez de liberarse un neutrón se libera un protón

El resultado de la fusión nuclear entre un núcleo de helio-3 y un núcleo de deuterio es el mismo de la fusión de un núcleo de tritio y un núcleo de deuterio, pero en vez de liberarse un neutrón se libera un protón. Y como esta última partícula tiene carga positiva puede quedar confinada en el interior del campo magnético utilizado para atrapar el plasma ionizado dentro del contenedor, evitando de esta forma que impacte con los núcleos de las paredes y previniendo así su degradación.

Todo esto suena muy bien, pero esta estrategia tiene un problema. Uno muy grande. En la Tierra prácticamente no hay helio-3, y su producción industrial a partir de la desintegración radiactiva del tritio es muy cara. Además, la temperatura que debe alcanzar el plasma que contiene los núcleos de helio-3 y deuterio debe ser muy superior a la de por sí monstruosa temperatura del plasma que combina tritio y deuterio. De lo contrario, la fusión no tendrá lugar.

Aun así, tenemos una buena noticia: en la Luna hay mucho helio-3. Los científicos creen que bajo la superficie del satélite natural de nuestro planeta, a pocos metros de profundidad, se acumulan algo más de un millón de toneladas métricas de este elemento. Este cálculo ha sido efectuado a partir de los datos que recogieron las misiones del programa Apolo, y matizado por las medidas que se han llevado a cabo con posterioridad, como las que tomó el satélite Chandrayaan-1 que la Agencia India de Investigación Espacial colocó en órbita polar en torno a la Luna en 2008.

Los científicos creen que bajo la superficie de la Luna se acumulan algo más de un millón de toneladas métricas de helio-3

La ausencia de atmósfera y la presencia de un campo magnético mucho más débil que el de la Tierra han provocado que el viento solar lleve casi 4.500 millones de años acumulándolo. No obstante, para sacar partido al helio-3 diseminado por la superficie de la Luna es imprescindible resolver dos desafíos. El más inmediato consiste en afrontar el procesado del regolito lunar, que es la capa poco compacta de suelo y fragmentos de roca que recubre la superficie del satélite.

Y es que será necesario tratar 150 millones de toneladas de polvo lunar para obtener tan solo una tonelada de helio-3. Es un reto muy importante, pero, al parecer, según los técnicos se trata de un desafío asumible porque esta concentración es compatible con los procedimientos de minería terrestre de los que disponemos actualmente.

En cualquier caso, aún nos queda otro desafío. Y es titánico. Todavía nadie sabe cómo traerlo a la Tierra. Aun así, numerosos países, como Estados Unidos, China, Rusia, India, Japón o la Unión Europea, están interesados en el helio-3 lunar. Aquí tenemos otro motivo de peso para regresar a la Luna e ir trazando un plan que nos permita aprovechar este tesoro.

Imágenes: NASA | IFMIF-DONES

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