Científicos del Centro Nacional de Ignición (CNI), en Estados Unidos, lograron un hecho histórico el pasado diciembre 5 de diciembre al realizar el primer experimento exitoso de generación de energía con fusión nuclear, tras más de 70 años de teorías y simulaciones al respecto.
Por Mariano Yberry.
El hito se logró tras obtener más energía de la aplicada sobre dos isótopos de hidrógeno (deuterio y tritio), sin que genere la enorme cantidad de material radioactivo que se obtiene, por ejemplo, en la fisión nuclear.
Con ello, se espera generar una fuente de energía potente que no contamine como las energías no renovables y con capacidades que van desde la industria automotriz hasta la aeronáutica.
Una de las fuentes de tritio es el litio, un mineral estratégico cuya demanda sigue en ascenso al ser materia prima para la fabricación de microcomponentes. Una de las zonas con mayores yacimientos de litio es América Latina, por lo que surge la pregunta si la región podría convertirse en un actor clave para el desarrollo de la tecnología de fusión nuclear.
Un primer paso
La comunidad científica ha estado investigando y teorizando sobre la fusión nuclear, al menos desde la década de 1930. Sin embargo, recién este 2022 los investigadores lograron pasar por primera vez de la teoría a la práctica con éxito.
Julio Herrera Velázquez, doctor en Física por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), explicó que se obtiene energía con la fusión nuclear al acercar dos núcleos con la misma carga «a una distancia prácticamente comparable con su propio tamaño», por lo cual el primer reto es «vencer la repulsión electroestática».
«Por eso es que se necesita, en primer lugar, crear un plasma, es decir, un estado de la materia en donde los núcleos y los electrones se han disociado y tenemos básicamente una mezcla de iones y núcleos a una temperatura muy alta», explicó el investigador del Departamento de Física de Plasmas y de Interacción de Radiación con Materia.
Por su parte, el investigador del Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM, Julio Martinelli Benito, explica que, precisamente, uno de los desafíos para concretar el experimento de fusión nuclear del CNI fue mantener el plasma en confinamiento.
«El principal reto precisamente es poder tener confinado el plasma en un tiempo suficiente como para que se produzcan suficientes reacciones de fusión. En el Sol, el principal reactor nuclear que tenemos cerca, al igual que en las estrellas, la fusión nuclear funciona debido a la gran cantidad de masa que tienen las estrellas, la atracción gravitacional mantiene unida toda esa masa», señala Martinelli Benito.
Para lograr la fusión nuclear existen dos formas: el confinamiento magnético y el confinamiento inercial, este último es el utilizado por el CNI. En este método se pretende simular el ambiente del núcleo de una estrella con láseres. Para lograrlo se requieren dos isótopos de hidrógeno, uno es el deuterio, el cual se obtiene del agua, y el tritio, cuya fuente más accesible es el litio. Ambos materiales se introducen en una pequeña esfera de oro a la que se le aplican láseres para sustituir la fuerza gravitacional y presión que se ejerce en el centro de las estrellas.
«Lo que hacen estos rayos láser es incidir sobre el interior de esfera de oro produciendo rayos X, y estos rayos X hacen implotar la cápsula de combustible, entonces esa implosión viene a ser algo más o menos equivalente a lo que ocurriría en estas estrellas, y lo compararía no tanto con lo que ocurre en una estrella normal, sino más bien con lo que ocurre en una supernova. Es una implosión, y después se produce una especie de bujía en el interior de ese combustible», agrega el investigador Herrera Velázquez.
En total, se usaron 192 láseres que se aplicaron a 2 megajoules de combustible para obtener tres. Sin embargo, Herrera Velázquez precisa que en este cálculo no se contemplan los 350 megajoules que se requirieron para cargar los láseres, por lo que «si bien es cierto que la energía de fusión es mayor que la energía de los láseres, la energía de fusión es mucho menor que la energía que se tuvo que producir para energizar los láseres».
«La cantidad de energía que están contabilizando es la que se depositó en la capsulita, y eso comparado con la que se generó por fusión, es mayor que la que se depositó en la capsulita, pero la energía que se deposita en la cápsula es una fracción muy pequeña de toda la energía que se necesita para operar a los láseres porque son láseres muy potentes», agrega Martinelli Benito.
En este sentido, Martinelli Benito considera que el éxito del experimento es que «se ha demostrado que sí es posible en el laboratorio producir suficientes reacciones de fusión como para generar energía suficiente para compensar lo que se le está poniendo», pero esto aún necesita perfeccionarse y dominarse.
«El reto es que se pueda repetir esta generación de energía con suficiente frecuencia porque ahorita lo que hacen es bombardear esta capsulita y produce energía, pero para cargar los láseres, producir los disparos, y limpiar la cámara se lleva mucho tiempo», explica el investigador.
El factor del litio
El doctor Martinelli Benito explica que para que el tritio se pueda usar como combustible, al tener solo 12 años de vida, se requiere litio, un mineral estratégico que, además, genera una liberación de neutrones al fusionarse con el deuterio, lo que a su vez permitiría que el propio reactor genere su combustible, sin la liberación de tanto material radioactivo como en la fisión nuclear (los neutrones pueden ser dañinos para los seres vivos y pueden activar material que inicialmente no es radioactivo, pero muchos lo absorbe el litio y otros las paredes metálicas del reactor).
«La idea entonces es que dentro de los mismos reactores se pueda elaborar ese tritio y la forma de elaborarlo es utilizando neutrones que salen de las fracciones de fusión entre el deuterio y el tritio por reacción del litio (…). El mismo reactor tiene que producir parte de su propio combustible«, señala Herrera Velázquez.
Si bien otros elementos como el helio 3 podrían servir como sustituto para el tritio en reactores de fusión nuclear de segunda generación, el litio se convierte en de las alternativas más viables para el desarrollo de esta tecnología.
De acuerdo con la encuesta geológica de 2021 de EEUU, Bolivia, Argentina, Chile, México y Perú concentran el 67% de las reservas de litio, siendo Bolivia el que más reservas tiene con 21 millones de toneladas.
México y Bolivia son dos de los países latinoamericanos que más han impulsado la explotación de litio, el primero incluso llegando a aprobar una legislación para evitar que este recurso sea explotado por empresas extranjeras.
El doctor Martinelli Benito considera que estos yacimientos podrían dar una ventaja a la región al ser precisamente una materia prima necesaria para la fusión. No obstante, advierte que, al igual que el petróleo, el litio en sí mismo no es útil si no se procesa de la manera adecuada, pues necesita pasar por un proceso de extracción para obtener el litio 6, el cual solo representa, en promedio, el 8% del litio extraído.
«Hay un proceso adicional de separación del isótopo ligero del litio. Habría que en un momento dado crear plantas de separación de isótopos de litio. Se hace necesaria una infraestructura adicional porque si no habría que exportar el litio o llevarlo fuera para que nos los separaran, luego regresarlo para acá», explica Martinelli Benito, proceso que compara con la extracción y refinación de petróleo.
En contraste, el doctor Herrera Velázquez opina que, si bien el litio es un elemento que funciona como combustible, una de las ventajas de la fusión nuclear es que requiere de poco para poder realizarse, por lo que «la demanda de litio que requerirán los reactores de fusión nuclear sería muy pequeña en comparación con la de las baterías».
«Parte de la ventaja de la fusión, si es que se llega a conseguir, es precisamente que el volumen de combustible necesario es mucho menos que en otras fuentes de energía. Si bien América Latina tiene esta ventaja de tener los yacimientos de litio, no es un factor muy clave para poder desarrollar la fusión nuclear. Es decir, se tienen que resolver primero otros temas antes que el conseguir litio», opina Herrera Velázquez.
Panorama de la fusión nuclear
Ambos especialistas coinciden en que, a pesar de que en Brasil y Costa Rica hay avances en materia de investigación, en América Latina existen pocos investigadores dedicados al desarrollo de la fusión nuclear. En México, existen grupos de investigadores en la Ciudad de México, Nuevo León y Querétaro.
«Lamentablemente, como requiere inversiones bastante grandes para poder hacer experimentos de fusión nuclear no se ha podido convencer a los financiadores, y particularmente a los gobiernos, para que inviertan en esto porque se ve todavía como algo lejano», comenta Martinelli Benito.
El doctor Herrera Velázquez opina que este tipo de proyectos «está fuera del alcance de la inversión que se hace en ciencia y tecnología en los países latinoamericanos», ya que incluso los más avanzados, como Brasil, «tiene serios problemas para hacer esto».
«Lo que nos queda es colaborar con otros grupos de investigación en los países desarrollados y trabajar a nivel de teoría computación dentro de nuestros alcances es decir no tenemos ni la inversión y infraestructura para empezar ni siquiera experimentar con este tema», sostiene Herrera Velázquez
Los dos investigadores coincidieron en que aún es muy pronto para calcular cuándo se podrían obtener resultados más palpables en materia de fusión nuclear y, por tanto, desarrollar los primeros reactores. Esto ha sido una constante en la física, al grado que existe una broma en la comunidad científica que señala que, sin importar el avance obtenido, siempre se está a «30 años de distancia».
«Se ha avanzado bastante. Se ha podido dominar ya mucho de esto. Pero han encontrado otros retos, se han dado cuenta de que hay cosas más complicadas que resolver. Todavía hay cosas que se tienen que resolver», comenta Martinelli Benito, quien espera la siguiente prueba de fusión nuclear, en 2035, para saber si aún estamos a 30 años de la fusión nuclear.
@Sputnik
/ Imagen principal: CC0 / Usplash/Alexander Schimmeck
