Fusión nuclear y energía: de la teoría girocinética a la fusión con muones, pasando por su impacto medioambiental
Nuestro planeta dispone de combustible para satisfacer las necesidades energéticas de la actual población mundial durante trece millones de años. Eso sí, utilizando la fusión nuclear. Esto es, al menos, lo que defienden el físico teórico Steve Cowley, uno de los principales promotores de esta innovación, y buena parte de los científicos que abogan por esta tecnología como la alternativa más sólida tanto a la quema de los combustibles fósiles como a la actual fisión nuclear.
En la primera entrega de esta serie de artículos que hemos dedicado a la fusión nuclear indagamos en su base científica y en qué hace tan diferentes a la fisión y la fusión a pesar de compartir el «apellido» nuclear. Y en el segundo artículo profundizamos en los retos técnicos y científicos que debemos resolver para que la fusión nuclear sea viable desde una perspectiva comercial. Sin embargo, aún quedan varios puntos importantes que todavía no hemos tratado, y que son los auténticos protagonistas de este tercer artículo.
La teoría girocinética nos permite ser optimistas
Actualmente los retos que nos plantea la fusión nuclear involucran con más claridad a la ingeniería que a la física. Los primeros coqueteos con la fusión comenzaron hace aproximadamente cinco décadas, pero esos incipientes diseños de reactores Tokamak tropezaron con una barrera infranqueable dados los recursos de los que disponían los científicos de la época: el confinamiento magnético.
Y es que preservar en el tiempo un campo magnético capaz de controlar las turbulencias del plasma, que, como sabéis, en la fusión es un gas que contiene núcleos de deuterio y tritio a temperaturas de hasta doscientos millones de grados centígrados, no es nada fácil. Para resolver este reto era necesario desarrollar modelos capaces de predecir con absoluta precisión el comportamiento del plasma, de manera que fuese posible diseñar un campo magnético muy estable, y, por tanto, capaz de impedir que este gas toque las paredes del contenedor que lo aísla del exterior.
El problema es que cuando los físicos comenzaron a trabajar en la fusión nuclear no tenían a su disposición las herramientas que necesitaban para crear modelos capaces de predecir cómo se comporta el plasma en el interior del reactor. Los primeros experimentos fueron frustrantes. Sus resultados eran radicalmente diferentes a los que predecían los modelos de la época, por lo que la fusión estable y perdurable en el tiempo parecía estar aún muy lejos, a pesar de los avances en el diseño de los reactores que poco a poco se habían ido consolidando.
Afortunadamente, el panorama en lo que concierne al estudio de las interacciones de las partículas con carga eléctrica del plasma comenzó a cambiar radicalmente hace dos décadas. Y lo hizo gracias a la llegada de los superordenadores tal y como los conocemos hoy en día, y, por tanto, con la capacidad de cálculo necesaria para enfrentarse a problemas de este tipo. Gracias a ellos fue posible desarrollar la teoría girocinética, que podemos definir como el conjunto de modelos matemáticos que describen el comportamiento del plasma a las temperaturas que manejamos en el interior de los reactores de fusión nuclear.
La llegada de la última generación de superordenadores con una enorme potencia de cálculo ha marcado un punto de inflexión en la teoría girocinética
nuclear.
En la primera entrega de esta serie de artículos que hemos dedicado a la fusión nuclear indagamos en su base científica y en qué hace tan diferentes a la fisión y la fusión a pesar de compartir el «apellido» nuclear. Y en el segundo artículo profundizamos en los retos técnicos y científicos que debemos resolver para que la fusión nuclear sea viable desde una perspectiva comercial. Sin embargo, aún quedan varios puntos importantes que todavía no hemos tratado, y que son los auténticos protagonistas de este tercer artículo.
La teoría girocinética nos permite ser optimistas
Actualmente los retos que nos plantea la fusión nuclear involucran con más claridad a la ingeniería que a la física. Los primeros coqueteos con la fusión comenzaron hace aproximadamente cinco décadas, pero esos incipientes diseños de reactores Tokamak tropezaron con una barrera infranqueable dados los recursos de los que disponían los científicos de la época: el confinamiento magnético.
Para confinar el plasma con precisión es necesario desarrollar modelos capaces de describir su comportamiento
Y es que preservar en el tiempo un campo magnético capaz de controlar las turbulencias del plasma, que, como sabéis, en la fusión es un gas que contiene núcleos de deuterio y tritio a temperaturas de hasta doscientos millones de grados centígrados, no es nada fácil. Para resolver este reto era necesario desarrollar modelos capaces de predecir con absoluta precisión el comportamiento del plasma, de manera que fuese posible diseñar un campo magnético muy estable, y, por tanto, capaz de impedir que este gas toque las paredes del contenedor que lo aísla del exterior.
El problema es que cuando los físicos comenzaron a trabajar en la fusión nuclear no tenían a su disposición las herramientas que necesitaban para crear modelos capaces de predecir cómo se comporta el plasma en el interior del reactor. Los primeros experimentos fueron frustrantes. Sus resultados eran radicalmente diferentes a los que predecían los modelos de la época, por lo que la fusión estable y perdurable en el tiempo parecía estar aún muy lejos, a pesar de los avances en el diseño de los reactores que poco a poco se habían ido consolidando.
Afortunadamente, el panorama en lo que concierne al estudio de las interacciones de las partículas con carga eléctrica del plasma comenzó a cambiar radicalmente hace dos décadas. Y lo hizo gracias a la llegada de los superordenadores tal y como los conocemos hoy en día, y, por tanto, con la capacidad de cálculo necesaria para enfrentarse a problemas de este tipo. Gracias a ellos fue posible desarrollar la teoría girocinética, que podemos definir como el conjunto de modelos matemáticos que describen el comportamiento del plasma a las temperaturas que manejamos en el interior de los reactores de fusión nuclear.
La llegada de la última generación de superordenadores con una enorme potencia de cálculo ha marcado un punto de inflexión en la teoría girocinética
Durante los últimos veinte años la capacidad de cálculo de los superordenadores no ha dejado de incrementarse. Y, además, los físicos han desarrollado modelos matemáticos más sofisticados, por lo que hoy en día es posible describir con mucha precisión cómo va a comportarse el plasma durante la fusión. Si nos paramos a pensarlo un momento es emocionante que, a pesar de no contar con este conocimiento, los técnicos del JET (Joint European Thorus), en el Reino Unido, consiguiesen en 1997 sostener la reacción de fusión nuclear durante dos segundos. Y obtener gracias a ella dieciséis megavatios de potencia, o, reflejado con una unidad un poco más manejable, dieciséis millones de vatios.
Con este precedente, y valorando la enorme incidencia que está teniendo el desarrollo de los superordenadores en la teoría girocinética, resulta muy esperanzador lo que lograrán los científicos e ingenieros involucrados en ITER cuando lo pongan en marcha. Como vimos en el segundo artículo de esta serie, el Consejo de Gobierno de este proyecto ha fijado 2025 como el año en el que se realizarán las primeras pruebas con plasma en el reactor, por lo que los avances introducidos por la teoría girocinética durante los últimos años, y los que llegarán hasta entonces, deberían hacerse notar.
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