Un experimento europeo ha alcanzado un nuevo récord de energía de fusión nuclear. Científicos del consorcio EUROfusion han conseguido mantener durante cinco segundos una energía de fusión nuclear de 59 megajulios en el reactor JET de Oxford (Reino Unido), utilizando la mezcla de combustible de fusión de deuterio y tritio, superando con creces la marca anterior de 21,7 megajulios establecida en 1997. Este logro, allana el camino al proyecto ITER que se está construyendo en el sur de Francia.
EUROfusion es una instalación científica europea, la mayor de fusión por confinamiento magnético actualmente en operación a nivel mundial. Está cofinanciada por la UE e integra a 4800 expertos, estudiantes y personal técnico de 28 países, de los cuales, aproximadamente 140 están adscritos al Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), y otros 150 a otros centros de I+D, universidades e industrias españolas. Destacan las investigadoras del CIEMAT Elena de la Luna, que ha actuado como uno de los jefes de grupo (task force leaders) de la campaña experimental, y Emilia Rodríguez Solano, coordinadora científica en algunos de los experimentos que se han llevado a cabo en el JET. Otros dos han sido coordinados por las científicas Mervi Mantsinen, del Centro Nacional de Supercomputación de Barcelona, y Eleonora Viezzer, de la Universidad de Sevilla.
En concreto, el reactor JET forma parte del Centro de Energía de Fusión de Culham, en las afueras de Oxford, el cual es el laboratorio nacional de investigación de la fusión nuclear en el Reino Unido, antes conocido como «UKAEA Culham» por la Autoridad de la Energía Atómica del Reino Unido.
El reactor JET es un tokamak, es decir, un túnel con forma de donut o esfera en el que los isótopos de hidrógeno son contenidos por un potente campo magnético y luego sobrecalentados hasta que están mucho más calientes que el Sol. Entonces, a esas temperaturas los núcleos de los átomos se unen y tiene lugar la fusión nuclear. La reacción genera una enorme energía en relación con la cantidad de combustible necesaria.
Durante unos diez años, el JET original funcionó con el mismo objetivo que los proyectos de fusión actuales: generar suficiente energía para ser productivo frente al enorme coste energético de funcionamiento del reactor de fusión. Durante décadas, el reactor iteró, es decir, se ajustó y perfeccionó con el tiempo para seguir intentando alcanzar sus objetivos. Luego, en 2009, se apagó por completo para una mayor revisión.
Con el tiempo, el JET ha aprendido las lecciones del Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER), un proyecto que comenzó más tarde, pero que contó con una financiación masiva y una participación verdaderamente global. Los resultados de los experimentos del ITER ayudaron al JET a adaptar sus objetivos, lo que resultó especialmente útil a la hora de renovar el reactor JET entre 2009 y 2011. Ahora, ambos trabajan juntos para diseñar experimentos en el JET que ayuden a los investigadores del ITER a tomar mejores decisiones.
Una de las formas en las que el reactor JET ha marcado el camino a nivel mundial, es utilizando combustible hecho de deuterio y tritio, dos isótopos del hidrógeno. El protio es la forma más común del hidrógeno, que consta de un solo protón. El deuterio estable tiene un protón y un neutrón (su nombre significa dos, como «deuce»), mientras que el tritio radiactivo, tiene un protón y dos neutrones. Estas fuentes de combustible son mucho mejores que el protio, pero los neutrones adicionales se pulverizan y pueden causar problemas. Para contrarrestarlo, el JET cuenta con un blindaje especial de tungsteno y berilio que también formará parte del ITER. Y todo esto es muy importante, dado que los tokamaks de China y Corea han avanzado en temperatura y duración de la fusión, pero no han sido reacciones de deuterio-tritio, sino plasmas de larga duración para demostrar las condiciones de fusión sin el combustible. Por lo que el JET es el único experimento de fusión del mundo que utiliza el mismo combustible que se empleará en las futuras centrales de fusión, permitiendo así probar estos componentes en condiciones reales, para así asegurar que el ITER cumplirá la promesa de producir un plasma autosostenible capaz de producir más energía de la que se introduce.
En el nuevo récord alcanzado en el reactor JET se produjeron un total de 59 megajulios de energía procedente de la fusión nuclear, durante un período de 5 segundos. Durante el experimento, el JET alcanzó una potencia de fusión (energía por segundo) en promedio de unos 11 megavatios. Con este nuevo logro, se duplica con creces el anterior récord de energía de fusión de 21,7 megajulios establecido allí en 1997.
«Este hito histórico obtenido en el JET es el resultado de los avances de más de dos décadas en la investigación en fusión nuclear en Europa y contribuye a la preparación del proyecto internacional ITER (donde también se prevé la mezcla de combustible de fusión de deuterio y tritio), que es uno de los pilares del plan estratégico de EUROfusion para el desarrollo de la energía de fusión».
El jefe del departamento de la Ciencia de la Fusión en EUROfusion, Volker Naulin, comenta: “Diseñamos esta campaña experimental en el reactor JET para preparar de forma óptima la puesta en marcha del ITER investigando los procesos energéticos que entrarán en juego allí y para preparar a la próxima generación de investigadores en el campo de la fusión. Los experimentos confirmaron nuestras predicciones, lo que nos motiva a hacer todo lo posible para garantizar el éxito del funcionamiento del ITER en los plazos previstos. Los resultados apoyan la pronta decisión de construir una central eléctrica europea DEMO, ya que la fusión es necesaria para la descarbonización a largo plazo de nuestro suministro energético”.
Y el director general del ITER, Bernand Bigot, ha destacado: “Un pulso sostenido de fusión de deuterio-tritio a este nivel de potencia, casi a escala industrial, supone una confirmación rotunda para todos los que participan en la búsqueda global de la fusión. Para el proyecto ITER, los resultados del JET suponen una gran confianza en que vamos por el buen camino para demostrar la viabilidad de la energía de fusión”.
Tras conocerse este logro, el director general del CIEMAT y antiguo director general adjunto de ITER, Carlos Alejaldre, ha afirmado que “es una noticia excelente, una validación experimental real de que estamos en el buen camino para el desarrollo de la fusión como fuente de energía y además de una tremenda satisfacción para CIEMAT por la importante contribución de nuestros investigadores a este hito”.
Por su parte, el director del Laboratorio Nacional de Fusión, Carlos Hidalgo, ha añadido que “los logros del reactor JET muestran nuestra capacidad de moldear el futuro de la energía haciendo uso del método científico. Un gran resultado que ilustra la fortaleza del programa integrado en ciencia y tecnología de fusión en Europa para afrontar el reto global hacia energía masiva, segura y sostenible”.
Y el director general de EUROfusion, Tony Donné, ha declarado: “Este logro es el resultado de años de preparación por parte del equipo de investigadores de EUROfusion de toda Europa. El récord, y lo que es más importante, lo que hemos aprendido sobre la fusión en estas condiciones y cómo confirma plenamente nuestras predicciones, demuestran que estamos en el camino correcto hacia un mundo futuro con energía de fusión. Si podemos mantener la fusión durante cinco segundos, podremos hacerlo durante cinco minutos y luego durante cinco horas a medida que ampliemos nuestras operaciones en futuras máquinas. Este es un gran momento para cada uno de nosotros y para toda la comunidad de la fusión».
En un contexto de mitigación de los efectos del cambio climático mediante la descarbonización de la generación de energía, el nuevo éxito conseguido constituye un paso fundamental en la hoja de ruta científico-tecnológica de la fusión nuclear como medio seguro, eficiente y de bajas emisiones para hacer frente a la crisis energética mundial, complementaria a otras fuentes de energía limpias como la energía eólica y la solar. “La fusión podría suministrar una parte importante de la energía necesaria a nivel mundial durante muchos miles de años”, señala el consorcio.
Esto es una confirmación más de que la física práctica de la fusión puede proporcionar los niveles de energía que necesitamos para descarbonizar nuestras necesidades energéticas. Aunque aún quedan muchos retos de ingeniería por superar, esto proporciona a los responsables de la toma de decisiones, las pruebas y, por tanto, la confianza necesaria para mantener el impulso. Este proyecto también ha demostrado que las asociaciones internacionales eficaces son la clave del éxito.
Fuentes: Esquire y Agencia Sinc
