SEGUNDO SOL: EL REACTOR
ITER
El sur de Francia siempre ha sido un imán para los adoradores del Sol. De modo que no sorprende que allí, no lejos de la Costa Azul, un equipo internacional de científicos esté construyendo una máquina que intenta recrear el Sol. Insumirá decenas de miles de toneladas de acero y hormigón, y una cantidad de materiales menos usuales: berilio, niobio, titanio y tungsteno, nitrógeno líquido y helio. Esta ecléctica mezcla de ingredientes se transformará en el ITER (siglas en inglés de reactor termonuclear experimental), el próximo gran paso en la investigación en fusión nuclear. Cuando se complete en 2018, el reactor fundirá dos isótopos pesados de hidrógeno para liberar vastas cantidades de energía. En teoría, el resultado será electricidad limpia, sin emisiones de carbono y mucha menos basura radiactiva que la que producen los reactores de fisión nuclear de hoy día.
Entonces, ¿por qué no están desbordando nuestras redes de electricidad con energía obtenida por fusión nuclear? Mientras el concepto de fusión es simple, llevarlo a la práctica es tremendamente complicado. Y esto es porque los núcleos atómicos son elusivos: cada uno tiene carga eléctrica positiva y se repelen entre sí. Sólo a temperaturas increíblemente altas adquieren suficiente energía para vencer su aversión mutua y fusionarse.
Eso es exactamente lo que ocurre en el Sol. Allí, el calor es generado por la fusión de los núcleos de hidrógeno. Pero el combustible apenas se funde a 15 millones de grados, la temperatura que impera en el núcleo del Sol. Se quema tan lentamente que dura miles de millones de años.
En una planta de fusión, el combustible tiene que quemarse en escalas de tiempo humanas. Los isótopos más pesados de deuterio y tritio son más fáciles de quemar que el hidrógeno, pero incluso así obtener el efecto dentro del ITER requerirá 15 millones de grados. Y eso presenta una montaña de problemas de ingeniería, entre los cuales contener el plasma de los electrones y los núcleos atómicos a una temperatura diez veces mayor que la del Sol no es el menor. Incluso los materiales más resistentes no resisten temperaturas de más de miles de grados, de modo que la solución es aislar un receptáculo para el plasma de los campos magnéticos.
El ITER sigue el diseño de reactores experimentales más pequeños en los que los físicos ya lograron producir temperaturas necesarias para la fusión. El combustible nuclear se mantiene dentro de un reactor con forma de anillo, llamado tokamak.
Lo circundan imanes que se combinan para generar un campo en espiral que mantiene el plasma supercaliente en su lugar. Para lograr su jaula magnética, el ITER utilizará cables superconductores de una aleación de niobio, que son enfriados con helio líquido. Fuera de la jaula magnética, un vacío aísla el plasma confinado de la pared interior del reactor.
Una utopía Atrapado en su jaula, el combustible de fusión arde simultáneamente de tres formas. Mientras los circuitos eléctricos fuerzan una corriente a través del plasma, es aplastado con microondas y bombardeado con átomos de alta energía, generados por pequeños aceleradores de partículas salpicados alrededor del anillo. Incluso bajo este ataque triple, hasta ahora ningún tokamak logró producir mucha energía de fusión. El ITER debería hacerlo mejor alumbrando un anillo de plasma mucho más grande y denso. Habrá que bombear un montón de energía para iniciar el anillo, pero si todo sale según lo planeado, producirá diez veces más.
A pesar de la jaula magnética, el plasma del ITER arrasará las paredes circundantes con varios megavatios de calor por metro cuadrado. La solución es simple: utilizar agua para extraer el calor. "Por supuesto, esto es exactamente lo que queremos finalmente de la fusión: sacar el calor", dice Mario Merola, jefe de la división responsable por los componentes internos del reactor.
Pero, una vez más, el problema es cómo llevar la teoría a la práctica. La pared principal del reactor, conocida como sábana, será construida de 440 bloques de acero inoxidable de casi medio metro de grosor y sembrada con caños de agua de alta presión. El acero podría calentarse y ablandarse peligrosamente.
El calor confinado dentro de un tokamak resulta similar al del Sol de varias formas: como su hermano mayor, esta pequeña estrella con forma de rueda puede súbita y violentamente sufrir erupciones. En una fracción de milisegundo, la superficie del anillo de plasma se desprende hacia afuera para enviar explosiones de partículas. "Parece un estallido solar", dice el investigador del ITER, Alberto Loarte. El problema es que esa liberación es muy intensa y localizada, de modo que las densidades son muy altas, de varios gigavatios por metro cuadrado", explica Loarte. Es más de un millón de veces la densidad de energía del Sol que llega a la Tierra.
La fusión sigue siendo una meta controvertida, entre otras cosas por sus costos. El ITER insumirá más de 10.000 millones de dólares. Los escépticos también destacan que nunca, desde que se planteó la idea, en los años cincuenta, la promesa de energía limpia ha dejado de ser una utopía. El equipo del ITER está tratando de acercarla al presente. Si pueden mantener una "rebanada" de Sol en el corazón del reactor, finalmente podríamos acercarnos a la posibilidad de obtener energía útil de este sueño eléctrico
Entonces, ¿por qué no están desbordando nuestras redes de electricidad con energía obtenida por fusión nuclear? Mientras el concepto de fusión es simple, llevarlo a la práctica es tremendamente complicado. Y esto es porque los núcleos atómicos son elusivos: cada uno tiene carga eléctrica positiva y se repelen entre sí. Sólo a temperaturas increíblemente altas adquieren suficiente energía para vencer su aversión mutua y fusionarse.
Eso es exactamente lo que ocurre en el Sol. Allí, el calor es generado por la fusión de los núcleos de hidrógeno. Pero el combustible apenas se funde a 15 millones de grados, la temperatura que impera en el núcleo del Sol. Se quema tan lentamente que dura miles de millones de años.
En una planta de fusión, el combustible tiene que quemarse en escalas de tiempo humanas. Los isótopos más pesados de deuterio y tritio son más fáciles de quemar que el hidrógeno, pero incluso así obtener el efecto dentro del ITER requerirá 15 millones de grados. Y eso presenta una montaña de problemas de ingeniería, entre los cuales contener el plasma de los electrones y los núcleos atómicos a una temperatura diez veces mayor que la del Sol no es el menor. Incluso los materiales más resistentes no resisten temperaturas de más de miles de grados, de modo que la solución es aislar un receptáculo para el plasma de los campos magnéticos.
El ITER sigue el diseño de reactores experimentales más pequeños en los que los físicos ya lograron producir temperaturas necesarias para la fusión. El combustible nuclear se mantiene dentro de un reactor con forma de anillo, llamado tokamak.
Lo circundan imanes que se combinan para generar un campo en espiral que mantiene el plasma supercaliente en su lugar. Para lograr su jaula magnética, el ITER utilizará cables superconductores de una aleación de niobio, que son enfriados con helio líquido. Fuera de la jaula magnética, un vacío aísla el plasma confinado de la pared interior del reactor.
Una utopía Atrapado en su jaula, el combustible de fusión arde simultáneamente de tres formas. Mientras los circuitos eléctricos fuerzan una corriente a través del plasma, es aplastado con microondas y bombardeado con átomos de alta energía, generados por pequeños aceleradores de partículas salpicados alrededor del anillo. Incluso bajo este ataque triple, hasta ahora ningún tokamak logró producir mucha energía de fusión. El ITER debería hacerlo mejor alumbrando un anillo de plasma mucho más grande y denso. Habrá que bombear un montón de energía para iniciar el anillo, pero si todo sale según lo planeado, producirá diez veces más.
A pesar de la jaula magnética, el plasma del ITER arrasará las paredes circundantes con varios megavatios de calor por metro cuadrado. La solución es simple: utilizar agua para extraer el calor. "Por supuesto, esto es exactamente lo que queremos finalmente de la fusión: sacar el calor", dice Mario Merola, jefe de la división responsable por los componentes internos del reactor.
Pero, una vez más, el problema es cómo llevar la teoría a la práctica. La pared principal del reactor, conocida como sábana, será construida de 440 bloques de acero inoxidable de casi medio metro de grosor y sembrada con caños de agua de alta presión. El acero podría calentarse y ablandarse peligrosamente.
El calor confinado dentro de un tokamak resulta similar al del Sol de varias formas: como su hermano mayor, esta pequeña estrella con forma de rueda puede súbita y violentamente sufrir erupciones. En una fracción de milisegundo, la superficie del anillo de plasma se desprende hacia afuera para enviar explosiones de partículas. "Parece un estallido solar", dice el investigador del ITER, Alberto Loarte. El problema es que esa liberación es muy intensa y localizada, de modo que las densidades son muy altas, de varios gigavatios por metro cuadrado", explica Loarte. Es más de un millón de veces la densidad de energía del Sol que llega a la Tierra.
La fusión sigue siendo una meta controvertida, entre otras cosas por sus costos. El ITER insumirá más de 10.000 millones de dólares. Los escépticos también destacan que nunca, desde que se planteó la idea, en los años cincuenta, la promesa de energía limpia ha dejado de ser una utopía. El equipo del ITER está tratando de acercarla al presente. Si pueden mantener una "rebanada" de Sol en el corazón del reactor, finalmente podríamos acercarnos a la posibilidad de obtener energía útil de este sueño eléctrico
Stephen Battersby
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