Desde que se descubrieron, en el primer tercio del siglo XX, los procesos físicos que conducen a la producción de energía en nuestro Sol y las estrellas, se realiza un esfuerzo continuo para hacer uso de la fuente de energía de fusión nuclear para la humanidad. Las ventajas de dominar los procesos de fusión como fuente de energía son tremendas: amplia disponibilidad de combustibles de fusión, energía masiva, y ausencia de producción de gases de efecto invernadero y de residuos radiactivos de larga duración. La consecución práctica de la energía de fusión nuclear es uno de los grandes desafíos de la humanidad del siglo XXI.
La comunidad científica internacional trabaja en distintas alternativas (confinamiento inercial y magnético), con diferente grado de desarrollo, hacia la realización práctica de la energía de fusión nuclear.
Los recientes resultados obtenidos en la National Ignition Facility (NIF) del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, en Estados Unidos, basados en el denominado confinamiento inercial, son de gran importancia científica. Por primera vez, se ha conseguido una ganancia energética (Q) de la energía de fusión nuclear –que se calcula midiendo el cociente entre la energía generada por la reacción de fusión y la que se utiliza para calentar el sistema por medios externos– superior a la unidad. Este es un gran hito científico.
En la fusión por confinamiento inercial, una pequeña capa esférica sólida que aglutina el combustible de deuterio-tritio es irradiada por radiación de láseres con alta densidad de potencia que comprimen la capa a altas densidades y temperaturas, proceso que finalmente conduce a la producción pulsada de energía de fusión. Uno de los grandes desafíos para obtener la fusión nuclear mediante la estrategia de confinamiento inercial es concentrar de manera muy simétrica la energía de los láseres sobre la diminuta bola de combustible de deuterio y el tritio, para así evitar el desarrollo de inestabilidades. Los datos recientemente comunicados por NIF indican que este gran desafío ha sido finalmente solventado, lo cual es un gran éxito científico.
En el caso de la estrategia basada en el confinamiento magnético, se requiere calentar los núcleos reaccionantes de deuterio y tritio a temperaturas unas diez veces mayores que la del centro del Sol y aislarlos térmicamente del ambiente circundante mediante un intenso campo magnético, del orden de unas 100.000 veces el campo magnético terrestre. La referencia de estos esfuerzos de colaboración internacional es el reactor de fusión experimental (ITER) que está siendo construido en Europa por un consorcio de miembros internacionales con el objetivo de demostrar la producción de energía de fusión con alta ganancia (Q = 10). El concepto de reactor por confinamiento magnético está suficientemente maduro para su extrapolación hacia una planta de energía de fusión (denominada DEMO).
«La consecución práctica de la energía de fusión nuclear es uno de los grandes desafíos de la humanidad del siglo XXI»
En cambio, el desarrollo de un concepto de reactor basado en la fusión inercial requiere actuar sobre alrededor de diez esferas de combustible por segundo y, actualmente, no existe un respaldo tecnológico suficientemente maduro para hacerlo posible. Así, es el grado de integración de la ciencia y tecnología hacia un reactor de fusión nuclear el que marca la diferencia entre los resultados de confinamiento magnético y confinamiento inercial.
En cualquier caso, el desarrollo de reactores de fusión nuclear precisa demostrar la autosuficiencia en la generación de tritio y validar materiales que sean resistentes a los intensos y energéticos (14 MeV) flujos de neutrones de fusión nuclear. La validación de materiales de fusión es el objetivo del proyecto IFMIF-DONES, una iniciativa del Laboratorio Nacional de Fusión del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) que actualmente desarrolla el Consorcio IFMIF-DONES España en Granada.
En resumen, la consecución práctica de la energía de fusión nuclear, uno de los grandes desafíos de la humanidad, requiere una visión de futuro que integre la ciencia y la tecnología de la fusión nuclear.
