Europa logra un récord mundial de fusión nuclear

En un importante logro científico, investigadores de la instalación Joint European Torus (JET) han establecido un récord energético mundial de 69 megajulios liberados en energía de fusión sostenida y controlada. Otro impulso para el futuro reactor europeo a gran escala ITER.

Desde los años cincuenta del siglo pasado, los científicos han intentado conseguir que la fusión nuclear genere más energía que la que consume al producirla. En diciembre de 2022, investigadores del Lawrence Livermore National Laboratory (California) alcanzaron un logro histórico. Por primera vez obtuvieron más energía de la que absorbió el combustible para crearla: 3 megajulios de energía empleando sólo dos, lo que implica un 50% de ganancia energética.

En la fusión nuclear, la energía se libera cuando los núcleos de los átomos se combinan o se fusionan entre sí para formar un núcleo más grande. Así es como el Sol produce energía. En la fisión nuclear, sin embargo, que es la que usan las centrales nucleares, los núcleos se separan para formar núcleos más pequeños, liberando así energía.

Las reacciones de fusión, a diferencia de las de fisión, no producen carbono ni residuos radiactivos de larga duración, y pueden convertirse en una fuente prácticamente inagotable de producción de electricidad, puesto que su combustible son dos isótopos del hidrógeno (deuterio y tritio), que son muy abundantes en la naturaleza por la gran proporción del agua en la superficie terrestre. Todo son ventajas y el único problema a resolver es cómo obtener ganancia neta de energía de una fusión nuclear.

Nuevo paso hacia la fusión

En este proceso hacia alcanzar el santo grial en la producción de energía se ha producido ahora otro hecho relevante: el reactor de fusión Joint European Torus (JET) de Gran Bretaña acaba de establecer un récord energético en su último experimento.

Obtuvo 69 megajulios de energía a partir de sólo 0,2 miligramos de combustible de deuterio-tritio. Eso significa que alcanzó más energía que cualquier otro experimento previo de fusión: este récord equivale a la energía liberada al quemar 2 kilogramos de carbón, explican los investigadores.

Sin embargo, tuvo que utilizar más energía para calentar el plasma que la producida por la fusión nuclear, por lo que no obtuvo ganancia neta de energía, como lo había hecho el Lawrence Livermore National Laboratory.

Sin embargo, el récord del JET es 20 veces la cantidad de energía liberada en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, que utilizó un enfoque diferente a la fusión para producir más energía de la absorbida por el combustible. El nuevo logro del equipo JET supera sus récords mundiales anteriores de 59 megajulios (2022) y 22,7 megajulios (1997).

Los científicos de JET pudieron reproducir de forma fiable las condiciones de fusión necesarias para el nuevo registro en múltiples pulsos experimentales, demostrando la comprensión y el control que han logrado sobre los complejos procesos de fusión, explican los investigadores.

Objetivo: ITER

Lo más destacado de este logro es que proporciona información importante para el futuro reactor europeo a gran escala ITER (Thermonuclear Experimental Reactor), el experimento de fusión más grande y avanzado del mundo, fundado en 2007 y que cuenta con la colaboración de 35 países (entre ellos España).

ITER, todavía en construcción, tiene entre sus objetivos conseguir fusión nuclear con una ganancia neta de energía, así como mantener la fusión durante periodos largos de tiempo, objetivos que el nuevo experimento contribuye a conseguir.

"Quizás incluso más interesante para mí que el récord es lo que hemos logrado en términos de escenarios operativos para ITER", explica el jefe del Grupo de Trabajo de Explotación Tokamak de EUROfusion, Emmanuel Joffrin, del CEA, miembro francés de EUROfusion.

“No solo demostramos cómo suavizar el intenso calor que fluye desde el plasma hacia el escape, sino que también mostramos en JET cómo podemos lograr que el borde del plasma alcance un estado estable, evitando así que las ráfagas de energía lleguen a la pared. Ambas técnicas tienen como objetivo proteger la integridad de las paredes de futuras máquinas. Esta es la primera vez que hemos podido probar esos escenarios en un entorno de deuterio-tritio", añade.

Mayor confianza

Las actualizaciones específicas realizadas durante la última década han acercado las especificaciones técnicas del JET lo más posible a las del ITER, lo que ha permitido realizar estudios que permitirán que esa futura máquina comience a funcionar cuando entre en funcionamiento.

La Dra. Fernanda Rimini, líder de operaciones científicas de JET, dice al respecto: "podemos crear plasmas de fusión de forma fiable utilizando la misma mezcla de combustible que utilizarán las centrales eléctricas comerciales de energía de fusión, lo que demuestra la experiencia avanzada desarrollada con el tiempo".

Los protagonistas de este logro consideran que infunde mayor confianza en el desarrollo de la energía de fusión. “Más allá de establecer un récord, logramos cosas que nunca habíamos hecho y profundizamos así en nuestra comprensión de la física de la fusión”, señala el profesor Ambrogio Fasoli, director de programa (CEO) de EUROfusion.

JET ha sido el experimento de fusión más grande y exitoso del mundo, y una instalación de investigación central del Programa Europeo de Fusión. La máquina tiene su sede en el campus de UKAEA en Culham, Reino Unido, y ha sido una instalación colectiva utilizada por investigadores europeos de fusión bajo la dirección del consorcio EUROfusion.