Opinión

Fusión Nuclear Controlada: Un siglo sin éxito

La fusión nuclear es el mecanismo por medio del cual las estrellas, como el Sol, producen energía.  Es un proceso muy eficiente que se encuentra también en las bombas de hidrógeno, también llamadas Bombas-H. Cuando se logren construir reactores nucleares de fusión podremos decir que el problema energético de la humanidad estará resuelto durante varios milenios.

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Por: Vicente Aboites

La fusión nuclear es el mecanismo por medio del cual las estrellas, como el Sol, producen energía.  Es un proceso muy eficiente que se encuentra también en las bombas de hidrógeno, también llamadas Bombas-H. Cuando se logren construir reactores nucleares de fusión podremos decir que el problema energético de la humanidad estará resuelto durante varios milenios. 

Sin embargo, lograr el sueño de construir este tipo de reactores ha sido hasta el momento extraordinariamente difícil, tanto así que algunos dirán que este sueño ha sido más bien una pesadilla. Tanto así que estos reactores aún no existen a pesar de que la investigación en fusión nuclear inició hace cien años.  

Los problemas técnicos no han sido superados, las dificultades son extraordinarias. Esto se puede entender a partir del hecho de que lograr fusión nuclear requiere contener un plasma de hidrógeno o isótopos del hidrógeno como el Deuterio y el Tritio, y Helio, a la misma temperatura a la que se encuentra el Sol, que es de unos cincuenta millones de grados. 

¿En qué lugar y cómo podría uno contener un gas a esta temperatura? Además, no solo se requiere alcanzar esa temperatura sino también tener el plasma a una densidad específica durante un tiempo suficiente, a esto último se le llama el “Criterio de Lawson”. 

Una cronología abreviada de la investigación en fusión nuclear es la siguiente:

En 1920 Arthur Eddington propone basado en las mediciones de las masas de elementos ligeros realizadas por F.W. Aston y en el descubrimiento de la famosa fórmula E=mc2, de Einstein, que enormes cantidades de energía serían liberadas al fusionar núcleos de átomos ligeros y que este es el mecanismo bajo el cual operan las estrellas. 

En 1932 Ernest Rutherford en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge realiza experimentos nucleares utilizando un acelerador de partículas construido por John Cockcoft y Enest Walton y en abril de ese año Walton produce la primera reacción de fisión. Posteriormente usando ese mismo equipo Mark Oliphant descubre el Helio-3 y el Tritio y obtiene por primera vez reacciones de fusión.

En 1938 Kantrowitz y Jacobs del Laboratorio Langley construyen una botella magnética toroidal y usan una fuente de radio de 150 Watts para producir un plasma. Este es el primer intento de construir un reactor de fusión.

En 1939 Hans Bethe realiza cálculos detallados de las reacciones protón-protón responsables del funcionamiento de las estrellas y obtiene el Premio Nobel de Física.

En 1950 Andrei Sakharov e Igor Tamm proponen un dispositivo de confinamiento magnético para fusión llamado “Tokamak”.

En 1951 Edward Teller y Stanislaw Ulam en el Laboratorio Nacional de los Álamos realizan el diseño de bombas H de fusión y la primera bomba termonuclear explota en 1952.

En 1955 la primera reunión “Átomos para la Paz” de las Naciones Unidas en Ginebra se anuncia que reactores de fusión empezarán a funcionar en los próximos veinte años.  Este fue, y sigue siendo un cálculo errado, sesenta y cinco años después (en 2020) no se ha logrado este objetivo. 

En 1956 en el Instituto Kurchatov en Moscu liderado por Lev Artsimovich se construye un Tokamak. En ese mismo año Igor Kurchatov da una plática en Inglaterra sobre los problemas que están enfrentando para alcanzar fusión nuclear controlada y se dan cuenta que son los mismos que los americanos y los británicos enfrentan.  En agosto de ese año se desclasifica toda la investigación soviética sobre fusión.

En 1960 John Nuckolls da a conocer el concepto de “confinamiento inercial de reacciones termonucleares” utilizando haces láser.

En 1968 los soviéticos invitan a un grupo birtánico para realizar mediciones independientes en el Tokamak ruso. Los resultados soviéticos son confirmados y se genera una carrera mundial de construcción de Tokamaks

En 1972 utilizando un láser de Neodimio que proporciona cincuenta Joules se realizan experimentos de fusión en el Laboratorio Livermore en California.

En 1973 inicia el diseño del “Toroide Unido Europeo” JET (Joint European Torus) en Inglaterra.

En 1975 el Gran Toroide de Princeton inicia operación. Este Tokamak obtiene los mejores resultados del mundo, bastante similares a lo que se requeriría en un reactor comercial.

En 1977 termina la construcción del Láser de veinte haces Shiva capaz de proporcionar 10.2 KiloJoules para investigación en fusión láser.

En 1983 el Tokamak JET en Inglaterra inicia operación así como el diseño del láser NOVA del Laboratorio Livermore.

En 1985 inicia operación el Tokamak japonés JT-60 y en 1988 el Tokamak soviético T-15 inicia operación con elementos superconductores enfriados por helio líquido.

En 1989 Stanley Pons y Martin Fleishmann anuncian “fusión fría” a temperatura ambiente.  Sus resultados no son corroborados por ningún laboratorio del mundo y son desechados.

En 1992 inicia el diseño del Tokamak ITER en el que participan los países de EURATOM, así como Japón, Rusia y Estados Unidos.

En 1997 el Tokamak JET produce 16 MegaWatts de energía por fusión en Inglaterra.

En el 2001 inicia la construcción de un láser de 192 haces y 500 terawatts, NIF (National Ignition Facility) que se espera terminar en 2010.

En 2003 se decide construir en Cadarache, Francia el Tokamak ITER para demostrar la fusión nuclear por confinamiento magnético e iniciar la construcción de reactores comerciales.

En 2015 el experimento Wendelstein 7-X en Alemania produce plasmas con condiciones apropiadas para la fusión nuclear. En 2017 el Tokamak  EAST Chino opera establemente sus plasmas en pulsos de más de cien segundos.

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