El sol artificial chino y la fusión nuclear

Entre las energías limpias se suele considerar a la eólica o a la
solar aprovechada por paneles fotovoltaicos, o  a la mareomotriz; pero
generalmene no a la fusión nuclear, que no hay que confundir con la
fisión, porque si bien es la fuente más abundante de energía en el
universo, la producida en el interior de las estrellas, no es posible
aun lograrla en la Tierra debido a las condiciones físicas extremas
para nosotros en que se genera.

Pero el día de la energía limpia e ilimitada a partir de la fusión
nuclear se ha acercado un paso más gracias al Experimental Advanced
Superconducting Tokamak (East).

Durante cuatro meses de pruebas, el “sol artificial chino” alcanzó una
temperatura de plasma de más de 100 millones de grados centígrados,
seis veces más caliente que el interior del sol, y una potencia de
calefacción de 10 MW. El plasma, o cuarto estado de la materia junto
al sólido, el líquido y el gaseoso, es un fluido formado por
electrones y iones positivos libres, separados por la elevadísima
temperatura.

El   East -diseñado y desarrollado por los chinos- está ubicado en el
Instituto de Ciencias Físicas Hefei de la Academia de Ciencias de
China (Caships) y es  una instalación de prueba para realizar
operaciones con el objetivo final de producir un reactor de potencia
de fusión nuclear práctico.

East es un reactor que consiste en un centro duro metálico con forma
de toroide o “dona” que se lleva a un estado de vacío absoluto y luego
se inyecta con átomos de hidrógeno. Luego, estos átomos se calientan
mediante varios métodos diferentes para crear un plasma que después se
comprime utilizando una serie de potentes imanes superconductores.

Imitando el Sol

Con el tiempo, el plasma se calienta y se comprime tanto que las
condiciones dentro del reactor imitan a las que se encuentran dentro
del Sol, causando que los átomos de hidrógeno se fusionen, liberando
enormes cantidades de energía.

La expectativa es construir un reactor donde la reacción de fusión sea
autosuficiente, y el reactor genere más energía de la que consume.

East produjo sus elevadísimas temperaturas y densidades durante unos
10 segundos al combinar cuatro métodos de calentamiento diferentes
para poner la materia en estado de plasma y alcanzar el proceso de
fusión.

El East es una importante herramienta para  llegar a mantener
temperaturas de electrones de más de 100 millones de grados
centígrados durante largos periodos de tiempo; entonces se mejorará el
conocimiento sobre cómo desarrollar reactores de fusión nuclear

Energía de fusión

Las estrellas mantienen su brillo gracias a la fusión nuclear, un
proceso natural que no genera radiación a diferencia de la fisión
usada en  los reactores.  La fusión es un proceso complejo de
transformación de átomos de hidrógeno en helio que se da en el centro
del sol y de infinidad de otras estrellas. Es un proceso cósmico al
que debemos toda la energía que hay en la Tierra desde que existe y
nuestra propia vida.

Después del descubrimiento de la equivalencia entre masa y energía
hace más de un siglo se vio la posibilidad de producir  energía por
medio de la fusión nuclear en el laboratorio.

Si todo el hidrógeno de una estrella como el Sol se transformara en
helio y la diferencia de masa se convirtiera en energía, ésta sería
suficiente para mantenerla caliente por 10 000 000 000 de años.

La fusión nuclear   permite a una estrella brillar durante miles de
millones de años y también es causa de la creación de todos los
elementos más pesados que constituyen la materia.

Bajo ciertas condiciones, los átomos de hidrógeno se asocian en nubes
densas, o protoestrellas, que se empiezan a contraer por la acción de
su propia fuerza gravitacional. La contracción continúa hasta que la
presión y la temperatura en el centro de la protoestrella son tan
elevadas que se inicia un proceso autosostenido de reacciones
termonucleares, en las que se combinan núcleos de hidrógeno para
formar núcleos de helio. La estrella permanece encendida hasta que se
consume la mayor parte del hidrógeno, y entonces se contrae
gravitacionalmente otra vez, hasta que su centro se calienta lo
suficiente como para que el helio se fusione para formar elementos más
pesados. El proceso de agotamiento de los combustibles, y las
contracciones, continúa, pasando por varios ciclos, cada uno de menor
duración que el anterior.

El  Sol se encuentra en la primera etapa de combustión nuclear,
aproximadamente a la mitad de su vida. En esta etapa se fusionan
cuatro  núcleos de hidrógeno para crear un núcleo de  helio

La energía que se libera al formarse un núcleo de helio es de unos 25
MeV, que corresponde a la diferencia de masa entre cuatro protones y
un núcleo de helio más dos positrones. Esta energía aparece en forma
de energía cinética de las partículas del gas y como luz y

energía radiante que  se difunde hacia la superficie del Sol y  escapa
al exterior.

La clase de reacciones de fusión que se da en el interior del Sol es
muy diferente de las que se utilizan en los plasmas de laboratorio
debido a las diferentes condiciones físicas. En el centro del Sol, por
las grandes densidades, se dan  reacciones todavía  imposibles en el
laboratorio.

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