El sol artificial chino se pone en cabeza de la carrera de la fusión nuclear

El 2 de junio pasado el Instituto de Física del Plasma de la Academia China de Ciencias (ASIPP, por su siglas en inglés) anunciaba que su instalación EAST había conseguido un doble récord en el desarrollo de la tecnología de los reactores de energía de fusión.

El estado y prensa chinos se han apresurado a poner a esto el nombre de ‘El Sol Artificial Chino’. Un buen tanto publicitario.

Puede que tal cosa no siente muy bien a los japoneses (sus vecinos y, por tanto, antagonistas), que llevan el Sol como símbolo en sus dos banderas nacionales. Una remembranza histórica de su gran pasado imperial. La materia misma de los mitos nacionales. Siempre construidos con más pasado que futuro y presente. Por desgracia.

Pero, al fin y al cabo, dicho nombre es adecuado: es emular al Sol lo que con los reactores de fusión pretendemos.

Y tal empeño se ha convertido en una carrera a nivel mundial, ‘La carrera de la fusión’. Para la cual China cuenta con tres magnas instalaciones experimentales: los reactores tokamak HL-2A , J-TEXT (el más moderno y avanzado) y el EAST que aquí nos ocupa (acrónimo de “Experimental Advanced Superconducting Tokamak”), operativo desde 2006.

Quede claro que estas instalaciones, igual que todas las muchas otras que existen hoy por hoy en diferentes países, son instalaciones experimentales. Es decir, su objetivo no es producir energía, sino producir el conocimiento científico y tecnológico necesario para desarrollar centrales energéticas de fusión (reactores de fusión).

Así pues, solo estamos en el camino. Ahora bien… ¡vamos por el buen camino, como atestiguan estos los recientes récords chinos!

¿Cuáles son, concretamente, estos dos récords?:

Por un lado, en uno de sus experimentos, han conseguido mantener plasma de hidrógeno (el combustible de un reactor de fusión) a una temperatura de 120 millones de centígrado grados centígrados durante el tiempo récord de 101 segundos.

Y, además, en otro de sus experimentos, han conseguido mantener dicho plasma durante un tiempo de 20 segundos a la temperatura récord de 160 millones de grados centígrados.

Aún no han alcanzado la gran meta final: la ‘ignición’ (encendido) de la reacción de fusión nuclear y su posterior autosustentación (en forma de reacción en cadena). Pero lo que han logrado es una gran meta volante hacia ese fin.

Veamos por qué es así y la relevancia de lo que se pretende.

La física de la fusión

La fusión es la reacción nuclear que convierte a las estrellas en lo que son: generosos dadores espaciales de energía en forma, fundamentalmente, de radiación electromagnética (luz, visible o no).

Para hacernos una idea, es una ínfima parte de esa energía la que, en el caso de nuestro Sol, ha bastado para que naciese la vida en la Tierra (casi enteramente dependiente de ella), al mismo tiempo que mantiene nuestro sistema climático que, por nuestra parte, con tanto ahínco nos empeñamos en desequilibrar.

(Y, por cierto, una parte tan ínfima como 500 partes en un millón de millones (!) ).

Porque resulta que una estrella no es otra cosa que una gigantesca masa de gas de átomos ligeros en cuyo núcleo, debido a la intensa atracción gravitatoria, se producen las altísimas presiones y temperaturas necesarias para que estos núcleos ligeros se aproximen tanto como para que entre en juego la ‘fuerza fuerte’ (el tipo de interacción que mantiene unidos los protones y neutrones dentro del núcleo de los átomos), haciendo que se fusionen y dando lugar, así, a núcleos atómicos sucesivamente más pesados.

Dichos núcleos ligeros son, en su mayor parte, átomos de hidrógeno. El elemento primordial del cual se han creado todos los demás: desde el helio al hierro mediante este proceso (el de la vida normal de las estrellas, en tanto que “hornos de fusión”) y los átomos más pesados que el hierro mediante eventuales y fugaces sucesos hiperenergéticos, tales como explosiones de supernovas. (Tal es el origen de, por ejemplo, el uranio que tenemos en la Tierra).

En el proceso de fusión de núcleos ligeros se libera una gran cantidad de energía. De esta, una parte sirve para autosostener la reacción (en forma de reacción en cadena), mientras que la restante se transforma en fotones que, tras decenas de miles de años de carambolas, terminan aflorando en la superficie de la estrella.

Tras 20 años de intuiciones previas por otros físicos, en 1939 el físico Hans Beth publicó su artículo “Energy Production in Stars” (que le valió el Nobel de 1967) en el que describía el ‘Ciclo de Bethe’: el proceso de fusión de núcleos de hidrógeno que explicaba las estrellas como hornos nucleares de fusión tal y como, escuetamente, lo acabamos de resumir.

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El gigantesco reto tecnológico de la fusión

De lo que que va todo este asunto de la fusión es, por tanto, de conseguir hacer en la Tierra y artificialmente, lo mismo que en el núcleo del Sol sucede de forma espontánea.

Ahora bien, clonar ese proceso no es ni de lejos fácil. Se trata de reproducir las fuerzas que operan en el centro de las estelares sobre la superficie de la Tierra por medio de nuestra inteligencia y voluntad (que de eso es de lo que están hechas las ‘cosas artificiales’).

Para empezar, no contamos con las colosales presiones que sí existen en el núcleo del Sol (y, a día de hoy, no tenemos ni la más remota idea sobre cómo conseguirlas).

Como consecuencia, debemos suplir dichas presiones con un incremento de la temperatura. En vez de los “solo” 15 millones de grados centígrados del núcleo del Sol, debemos conseguir temperaturas 10 o más veces superiores.

En definitiva, partimos de un cóctel de las variedades de hidrógeno adecuadas (sus isótopos deuterio y tritio), que comprimimos todo lo humanamente posible y calentamos a lo bestia (por medio de microondas, como el café del desayuno que me acabo de tomar).

El resultado es un plato de cuchara de iones (fragmentos de materia carga eléctrica): una sopa caliente de núcleos atómicos sin su séquito de electrones (iones con carga positiva) en un caldo de electrones (ídem negativa) sueltos, a su bola.

O, en lenguaje un poco más académico, un plato de ‘plasma’. El cuarto estado de la materia: similar a un líquido, pero con la peculiaridad de estar formado por partículas cargadas.

Y resulta que, en virtud de estas cargas, el plasma es un fluido domesticable por medio de campos electromagnéticos.

Pero claro, las temperaturas del plasma en un reactor de fusión (y por tanto las velocidades de sus iones) son tan colosales, que igualmente colosales son los campos magnéticos necesarios para amaestrarlo.

Y sí, somos ya capaces de generar dichos formidables campos magnéticos. Esto gracias a nuestro conocimiento y control tecnológico de los superconductores metálicos.

Ahora bien, dichos metales solo son superconductores cuando se enfrían. Hace falta enfriarlos mucho, mucho. Más precisamente: casi todo lo posible… casi hasta el cero absoluto, el límite inferior posible para la temperatura, -273,15 grados centígrados.

Pues bien, resumamos:

Por lo dicho, un reactor nuclear consiste en un circo con su pista central y su graderío.

En la pista (el horno) tiene lugar la fusión y, para ello, se encuentra a una temperatura de unas cuantas decenas de millones de grados centígrados.

Mientras, en el graderío se sitúan bobinas superconductoras que domestican magnéticamente las fieras (el plasma) de la pista y que, para ello, deben estar enfriadas a temperaturas próximas al cero absoluto.

Y esta necesidad hiperbólica da cuenta de la magnitud del reto tecnológico:

Para construir un reactor de fusión necesitamos (entre otras cosillas) tener lo más caliente encerrado dentro de lo más frío. Y mantener ese estado de cosas de forma estable… ¡Ahí es nada!

¿Qué interés tiene todo esto?

Pero bueno, ¿por qué demonios nos empeñamos en intentar cosas tan difíciles?

A las personas individuales nos podría bastar la curiosidad. Pero no es así como funcionan los Estados o grandes empresas. Y son éstos los volúmenes de inversión y recursos humanos y materiales que se requieren en la ‘carrera de la fusión’.

Pues bien, brevemente: la fusión nuclear es el Santo Grial de la energía.

Por cierto, un Santo Grial que, al mismo tiempo, es también la Piedra Filosofal. Lo cual parece un chiste de sabio renacentista o algo así : )

La fusión es un medio de obtención de energía con las siguientes características maravillosas: virtualmente inagotable (el agua y el litio son sus combustibles, muy abundantes ambos), libre de huella de carbono y, ¡pese a ser de origen nuclear!… sin apenas residuos radiactivos y sin riesgo de accidentes.

¿Y cómo de potente es la fusión como fuente de energía?…

Bueno, pues la estimación es que el deuterio que hay en un litro de agua (33 miligramos), combinado con 50 miligramos de tritio (que se puede obtener a partir del litio que hay en 5 gramos de mineral de litio, muy abundante en la Tierra) produce tanta energía como la que suministran 360 litros de petróleo (dos barriles y cuarto de petróleo).

En otras palabras:

Por su potencia energética, la fusión podría ser el sustituto de los combustibles fósiles como pieza central (80% del total) de nuestro mix energético actual.

Y por la disponibilidad de los combustibles necesarios, tendríamos energía de fusión en la Tierra para millones de años.

Y quien tiene energía, tiene la posibilidad de hacer cualquier trabajo (que no otra cosa es la energía). Con energía… todo se puede conseguir.

De forma que si a esto somos capaces de añadirle sensatez (algo casi tan fácil como diseñar reactores de fusión), el ser humano podría llegar muy muy lejos.

¡Pensemos como especie!

Imagen superior: Temperaturas récord en el reactor de fusión nuclear HL-2M Tokamak, llamado «sol artificial» debido al enorme calor y energía que produce. Agencia de Noticias Xinhua.