Fusión Nuclear
¿Qué es la fusión nuclear?
La fusión nuclear es un proceso en el que dos núcleos ligeros se combinan para formar uno más pesado, liberando una gran cantidad de energía en el proceso. Esta es la misma reacción que genera la energía solar y la de otras estrellas, y es una fuente de energía prometedora que ha sido objeto de investigación durante décadas.
A diferencia de la fisión nuclear, que implica dividir un núcleo pesado en dos partes más pequeñas, la fusión nuclear es una fuente de energía más limpia y segura. Además, los materiales utilizados en la fusión nuclear son más comunes y abundantes que los utilizados en la fisión nuclear, lo que hace que la fusión nuclear sea una opción más viable a largo plazo. A pesar de todo esto, no podríamos considerarla una fuente de energía renovable, aunque a escala humana podríamos considerarla inagotable prácticamente.
Aunque la fusión nuclear ha sido objeto de investigación durante décadas, aún no se ha logrado construir un reactor comercial viable. Potencias como Estados Unidos o China están invirtiendo en investigación y desarrollo de esta tecnología de generación eléctrica. También tenemos el ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), un proyecto internacional para construir el primer reactor de fusión nuclear a gran escala. O la instalación NIF (National Ignition Facility), un proyecto de investigación sobre fusión por confinamiento inercial que se desarrolla en los EEUU.
Si se logra desarrollar la tecnología de la fusión nuclear, podría proporcionar una fuente de energía limpia para el futuro. Además, la energía nuclear, en este caso de fusión, es una fuente de energía segura, ya que no produce emisiones de gases de efecto invernadero ni genera residuos radioactivos de larga duración como ocurre en la fisión nuclear.
También hay que añadir que la cantidad de combustible necesaria para la fusión nuclear es mucho menor que en la fisión nuclear, lo que reduce el riesgo de proliferación nuclear.
Proceso de fusión nuclear
El proceso de fusión nuclear implica vencer la fuerza repulsiva electrostática entre los núcleos positivos. Esto se logra al calentar los núcleos a temperaturas extremadamente altas, lo que hace que se muevan con gran velocidad y energía. En estas condiciones, los núcleos pueden fusionarse y liberar una gran cantidad de energía en forma de luz y calor.
En el caso de la fusión nuclear en el Sol, el proceso comienza con la fusión de dos núcleos de hidrógeno para formar un núcleo de helio, liberando una gran cantidad de energía en forma de luz y calor. Este proceso continúa a medida que los núcleos de helio se fusionan para formar núcleos más pesados, liberando aún más energía en el proceso.
Entendiendo este proceso y las condiciones en las que se produce podemos entender la complejidad de llegar a aprovechar esta energía. Sin embargo, como te cuento más abajo, ya son varios los proyectos que hay en la actualidad que nos están acercando cada vez más a hacerlo.
La fusión nuclear es un proceso en el que dos núcleos atómicos se combinan para formar un núcleo más pesado. Por ejemplo, podemos formar helio combinando tritio
Ventajas y desventajas de la fusión nuclear
La fusión nuclear es una fuente de energía prometedora que podría proporcionar una fuente de energía limpia y renovable para el futuro. Sin embargo, como cualquier tecnología, tiene sus ventajas y desventajas.
Entre las ventajas de la fusión nuclear se encuentra el hecho de que es una fuente de energía limpia y segura. No produce emisiones de gases de efecto invernadero ni genera residuos radioactivos de larga duración como ocurre en la fisión nuclear convencional. Además, la cantidad de combustible necesario para la fusión nuclear es mucho menor que en la fisión nuclear, lo que reduce el riesgo de proliferación nuclear.
Sin embargo, la fusión nuclear también tiene algunas desventajas. Uno de los mayores desafíos es la alta temperatura y presión necesarias para que la reacción tenga lugar. Además, la construcción y el mantenimiento de un reactor de fusión nuclear pueden ser costosos.
A pesar de estos desafíos, la investigación y el desarrollo de la fusión nuclear continúan avanzando en todo el mundo. Estados Unidos, China y otros países están invirtiendo en proyectos de fusión nuclear, como el ITER o el NIF, en un esfuerzo por desarrollar tecnologías más avanzadas y eficientes.
En conclusión, la fusión nuclear tiene ventajas y desventajas y supone un gran reto tecnológico, pero es una fuente de energía prometedora que podría ayudar a abordar los desafíos energéticos del futuro y ser una pieza importante hacia una transición energética verde.
Fisión nuclear vs fusión nuclear
Tanto la fusión nuclear como la fisión nuclear son procesos que pueden generar energía a partir de la manipulación de los átomos. Sin embargo, hay algunas diferencias importantes entre los dos procesos.
En la fisión nuclear, un núcleo pesado se divide en dos partes más pequeñas, liberando una gran cantidad de energía en el proceso. Este proceso se utiliza actualmente en reactores nucleares para generar energía eléctrica. Sin embargo, la fisión nuclear también produce residuos radioactivos de larga duración, lo que plantea preocupaciones sobre la seguridad y la gestión de estos residuos.
Por otro lado, la fusión nuclear implica la combinación de dos núcleos ligeros para formar uno más pesado, liberando una gran cantidad de energía en el proceso. A diferencia de la fisión nuclear, la fusión nuclear es una fuente de energía más limpia y segura. Además, los materiales utilizados en la fusión nuclear son más comunes y abundantes que los utilizados en la fisión nuclear.
En conclusión, aunque tanto la fusión como la fisión nuclear pueden generar energía a partir de la manipulación de los átomos, hay diferencias significativas entre los dos procesos. La fisión nuclear está ampliamente testada y funcionando a gran escala pese a los inconvenientes que pueda tener.
Por el momento la fusión nuclear sigue siendo una utopía con la tecnología actual, pero de lograr aprovecharla a gran escala estaríamos hablando de un salto cualitativo a nivel de generación eléctrica.
La fusión nuclear en la actualidad
Actualmente son varios los proyectos que se están llevándose a cabo en diferentes países con el fin de desarrollar tecnologías más avanzadas y eficientes para la generación de energía mediante la fusión nuclear.
Uno de los proyectos de fusión nuclear más grandes e importantes es el ITER, un reactor de fusión nuclear internacional en colaboración con varios países. El objetivo del ITER es demostrar la viabilidad técnica y económica de la fusión nuclear como fuente de energía a gran escala.
Otros proyectos destacados incluyen el NIF, en Estados Unidos; la Commonwealth Fusion Systems, entre Estados Unidos y Reino Unido; la Marvel Fusion, en Alemania; General Fusion, en Canadá; TAE Technologies, en Estados Unidos; Helion Fusion, en Estados Unidos; y el CFETR, en China.
Cada uno de estos proyectos tiene su propia tecnología y enfoque para la generación de energía mediante la fusión nuclear, y todos ellos tienen el potencial de revolucionar la forma en que generamos energía.
Si tienes curiosidad en saber cómo funcionan los reactores de fusión nuclear de los distintos proyectos, no dudes en seguir leyendo.
Fusión Nuclear ITER
El ITER es uno de los proyectos de fusión nuclear más grandes y ambiciosos del mundo, con el objetivo de demostrar la viabilidad técnica y económica de la fusión nuclear como fuente de energía a gran escala.
En el ITER, se utiliza una combinación de isótopos de hidrógeno, deuterio y tritio, para crear un plasma de alta temperatura y densidad en un recipiente magnético. El plasma se mantiene en suspensión y se controla mediante campos magnéticos, mientras que se inyecta más combustible en el plasma para mantener la reacción de fusión.
Una vez que se ha producido la fusión nuclear, se genera una gran cantidad de energía térmica en forma de neutrones y radiación. Esta energía se transfiere a un fluido de trabajo, como el agua, que se utiliza para generar vapor y, finalmente, electricidad a través de una turbina.
Fusión Nuclear NIF
El NIF, o National Ignition Facility, es un gran complejo de investigación y desarrollo de fusión nuclear ubicado en California, Estados Unidos cuyo objetivo principal es demostrar la viabilidad técnica y científica de la fusión nuclear mediante un proceso conocido como ignición inercial. Está desarrollado por el LLNL (Lawrance Livermore National Laboratory).
El funcionamiento del reactor nuclear del NIF es complejo y se basa en el uso de potentes láseres que se utilizan para comprimir y calentar una pequeña cápsula de combustible de hidrógeno isotópico, que luego se hace colapsar para iniciar una reacción de fusión nuclear. Los láseres producen un haz de luz de alta intensidad que se dirige a la cápsula, creando una presión extremadamente alta y una temperatura de millones de grados.
Una vez que se ha generado la energía de fusión, se producen neutrones y radiación de alta energía que deben ser controlados y manipulados. El NIF utiliza tecnología avanzada para controlar y medir la energía producida, así como para estudiar los efectos de la fusión en diferentes materiales y condiciones.
El 5 de diciembre de 2022 se consiguió en el NIF por primera vez con este proceso de ignición inercial obtener más energía de la reacción nuclear de la aportada por los láseres. En concreto se aportaron 2,05 MJ y se obtuvieron 3,15 MJ. Por si sirve para entenderlo mejor, estos 3,15 MJ son lo mismo que 0,875 kWh. Obviamente el experimento está hecho a pequeña escala, pero es un hito importante.
También hay que tener en cuenta la energía eléctrica que consumieron los láseres, que no es lo mismo que los 2,05 MJ que aportaron a la reacción. Y es que estos láseres consumieron del orden del 300 MJ, por lo que por el momento estamos invirtiendo 100 veces más energía de la que obtenemos de la reacción.
Commonwealth Fusion Systems
Commonwealth Fusion Systems (CFS) es una empresa de fusión nuclear con sede en Massachusetts, Estados Unidos. Su objetivo es desarrollar y comercializar una tecnología de fusión nuclear más segura y económica.
El proyecto CFS se basa en un enfoque innovador para la fusión nuclear conocido como tokamak compacto de alta temperatura (HTC), que utiliza imanes superconductores avanzados para generar campos magnéticos más fuertes y una mayor densidad de plasma.
Además, la empresa está trabajando en un diseño modular y escalable que puede ser implementado en diferentes tamaños y entornos.
CFS cuenta con un equipo altamente experimentado de científicos e ingenieros en fusión nuclear, y está respaldado por inversores de renombre como Bill Gates y el grupo petrolero italiano Eni. La empresa también tiene una fuerte asociación con el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT).
Se espera que el proyecto CFS alcance importantes hitos en la investigación y el desarrollo de la fusión nuclear en los próximos años, lo que podría tener un gran impacto en la producción de energía en todo el mundo. Las previsiones de la empresa son el poder inyectar electricidad a la red eléctrica en 2028.
General Fusion
General Fusion es una empresa de tecnología de fusión nuclear con sede en Vancouver, Canadá. Su objetivo es desarrollar una tecnología de fusión nuclear rentable y segura que pueda ser implementada a gran escala.
El enfoque de General Fusion para la fusión nuclear se basa en un proceso conocido como compresión de esferas, que utiliza un dispositivo de pistón electromecánico para generar ondas de choque que comprimen una esfera de plasma de deuterio y tritio, iniciando así la fusión.
También trabajan en diseños modulares y escalables que permitan ser implementados en distintos tamaños.
General Fusion cuenta con un equipo de científicos e ingenieros altamente experimentados en fusión nuclear, y ha recibido importantes inversiones de empresas como Amazon y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) de los Estados Unidos.
A principios de 2023 la empresa recibió la aprobación de gobierno de Reino Unido para construir una planta de testeo que estaría operativa en 2027.
TAE Technologies
TAE Technologies es una empresa de tecnología de fusión nuclear con sede en California, Estados Unidos. La tecnología de fusión nuclear de TAE Technologies se basa en un enfoque conocido como confinamiento magnético avanzado, que utiliza campos magnéticos para controlar y contener un plasma caliente de deuterio y tritio para iniciar la fusión.
La tecnología de fusión nuclear de TAE Technologies se basa en un enfoque conocido como confinamiento magnético avanzado, que utiliza campos magnéticos para controlar y contener un plasma caliente de deuterio y tritio para iniciar la fusión.
La empresa cuenta con un equipo de expertos en fusión nuclear, física y tecnología, y ha realizado importantes avances en la comprensión de la ciencia fundamental detrás de la fusión nuclear, así como en la tecnología necesaria para desarrollar una fuente de energía de fusión viable.
TAE Technologies ha recibido importantes inversiones de empresas como Google y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) de los Estados Unidos, lo que ha permitido a la empresa acelerar su investigación y desarrollo.
El proyecto TAE Technologies está trabajando en la construcción de un reactor de fusión nuclear a escala de demostración y esperan comercializar su solución a principios de la década de 2030.
Helion Fusion
Helion Energy es una empresa de tecnología de fusión nuclear con sede en Redmond, Washington, que está trabajando en el desarrollo de un reactor de fusión nuclear que utiliza un enfoque llamado «fusión magnética de campo cerrado».
La tecnología de fusión de Helion Fusion utiliza una combinación de campos magnéticos y de radiofrecuencia para calentar y confinar un plasma de deuterio y tritio, lo que permite la fusión nuclear.
El objetivo de Helion Fusion es desarrollar una fuente de energía de fusión limpia, segura y rentable que pueda reemplazar los combustibles fósiles y reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero.
La empresa ha recibido inversiones de empresas como Mithril Capital Management y Capricorn Investment Group, así como de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) de los Estados Unidos.
Helion Fusion está trabajando actualmente en la construcción de un reactor de demostración llamado Polaris, el cual esperan que durante el 2024 pueda producir más energía de la que consume. Si tiene éxito, la tecnología de fusión nuclear de Helion Fusion podría ser una solución viable y sostenible para el suministro de energía en todo el mundo.
CFETR
El CFETR (China Fusion Engineering Test Reactor) es un proyecto de fusión nuclear liderado por China que tiene como objetivo desarrollar un reactor de demostración de fusión nuclear para 2030.
El reactor del CFETR utilizará tecnología denominada tokamak, que implica la utilización de un campo magnético para contener y calentar un plasma de deuterio y tritio para generar energía de fusión nuclear.
El proyecto está diseñado para ser más grande y más potente que los reactores de fusión nuclear existentes y utilizará materiales avanzados de alta resistencia y tolerantes a la radiación para garantizar la seguridad y la estabilidad del reactor.
También se centra en la investigación y el desarrollo de tecnologías relacionadas con la fusión nuclear, incluyendo la tecnología de materiales y la tecnología de separación y almacenamiento de combustible.
El objetivo del proyecto CFETR es proporcionar una fuente de energía segura, limpia y sostenible para el futuro de China y del mundo, lo que permitiría reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero y disminuir la dependencia de los combustibles fósiles.
Fusión nuclear fría
La fusión nuclear fría es una tecnología experimental que difiere de la mayoría de los enfoques de fusión nuclear en que no utiliza altas temperaturas y presiones para lograr la fusión de los núcleos atómicos. En cambio, se basa en la idea de que los núcleos atómicos pueden fusionarse a temperaturas y presiones más bajas si se utilizan catalizadores adecuados.
El concepto de la fusión nuclear fría ha sido altamente controversial debido a la falta de pruebas concluyentes de su viabilidad. Muchos científicos han sido escépticos de que la fusión nuclear fría pueda producir una cantidad suficiente de energía para ser práctica como una fuente de energía.
Sin embargo, los defensores de la fusión nuclear fría han señalado que, si se logra, la tecnología tendría varias ventajas, como la eliminación de la necesidad de grandes y costosos equipos de calefacción y confinamiento, así como la generación de residuos nucleares menos peligrosos.
A pesar de la controversia, la investigación sobre la fusión nuclear fría continúa y algunos investigadores han reportado resultados positivos en experimentos de laboratorio. De hecho, en 2022 la empresa australiana HB11 anunció haber conseguido pasar a la práctica su solución de fusión nuclear fría.
Su reactor nuclear utiliza un recipiente a modo de horno con una pequeña cantidad de boro en su interior. Sus orificios laterales permiten la entrada de rayos láser que crean un campo magnético que contienen el plasma y lanzan átomos de hidrógeno a gran velocidad para que fusionen sus núcleos con el boro.
Fuentes
Noticia proyecto Commonwealth Fusion Systems
Artículo Xataka proyecto Commonwealth Fusion Systems
Noticia proyecto TAE Technologies
