La fusión nuclear, el proceso que impulsa al sol y a las estrellas, ha fascinado a los científicos y entusiastas de la energía durante décadas. Su potencial como una fuente de energía limpia e inagotable ha impulsado la investigación en esta área. ¿Pero qué es exactamente la fusión nuclear y cómo fue descubierta?

La fusión nuclear es el proceso mediante el cual los núcleos de átomos ligeros se combinan para formar un núcleo más pesado, liberando una gran cantidad de energía en el proceso. Este proceso es la fuerza impulsora detrás del sol y otras estrellas, donde la fusión de núcleos de hidrógeno produce helio y energía en forma de luz y calor.

La idea de la fusión nuclear se originó en la década de 1920, cuando los científicos comenzaron a comprender las reacciones nucleares que ocurren en el interior de las estrellas. Sin embargo, fue en la década de 1930 cuando los físicos Hans Bethe y Carl Friedrich von Weizsäcker desarrollaron la teoría detallada de la fusión nuclear que aún se utiliza hoy en día.

El descubrimiento experimental de la fusión nuclear se produjo en la década de 1930, cuando los científicos observaron la liberación de energía durante la fusión de núcleos ligeros en el laboratorio. Este hito marcó el comienzo de décadas de investigación intensiva para comprender y controlar este proceso en la búsqueda de una fuente de energía sostenible.

Para que ocurra la fusión nuclear, es necesario superar la barrera de repulsión electrostática que existe entre los núcleos atómicos debido a su carga positiva. Esto se logra alcanzando temperaturas y densidades extremadamente altas, que son típicas en el núcleo de las estrellas pero difíciles de replicar en la Tierra. En los reactores de fusión, se utiliza un estado de la materia llamado plasma, que consiste en un gas ionizado en el que los electrones han sido separados de los átomos.

El plasma se confina y se calienta a altas temperaturas mediante diferentes métodos, como la confinación magnética o la confinación inercial. En la confinación magnética, se utilizan potentes campos magnéticos para contener y calentar el plasma, mientras que en la confinación inercial se utiliza un enfoque basado en láseres para comprimir y calentar el plasma en un breve instante.

Una vez que el plasma alcanza temperaturas y densidades lo suficientemente altas, los núcleos atómicos comienzan a colisionar entre sí a velocidades extremadamente altas. En algunas de estas colisiones, los núcleos se fusionan para formar un núcleo más pesado. Por ejemplo, en el caso de la fusión de deuterio y tritio, dos isótopos del hidrógeno, se forma un núcleo de helio, un neutrón y una gran cantidad de energía.

La fusión nuclear libera una cantidad enorme de energía en forma de radiación electromagnética (como luz y calor) y en forma de partículas de alta energía (como neutrones). Esta energía se puede utilizar para generar electricidad u otros fines prácticos.

Uno de los desafíos principales en la fusión nuclear es mantener el plasma confinado y controlado durante el proceso de fusión. Se requieren sistemas sofisticados de control y estabilización para evitar que el plasma se escape o se vuelva inestable, lo que podría interrumpir el proceso de fusión.

Ventajas de la fusión nuclear:

Abundancia de combustible: La materia prima para la fusión nuclear, como el deuterio y el tritio, son isotopos del hidrógeno que se encuentran en abundancia en el agua de mar y en otros recursos naturales, lo que garantiza un suministro prácticamente inagotable.

Baja generación de residuos: A diferencia de la fisión nuclear, que produce residuos radiactivos de larga duración, la fusión nuclear genera residuos de corta vida que son más fáciles de manejar y almacenar de manera segura.

Seguridad intrínseca: Los reactores de fusión nuclear no pueden experimentar fusiones descontroladas o "accidentes" graves como los que pueden ocurrir en los reactores de fisión nuclear, lo que los hace intrínsecamente más seguros.

Bajo riesgo de proliferación nuclear: Los materiales y tecnologías utilizados en la fusión nuclear no son adecuados para la fabricación de armas nucleares, lo que reduce significativamente el riesgo de proliferación nuclear.

Baja huella de carbono: La fusión nuclear no produce emisiones de gases de efecto invernadero durante su funcionamiento, lo que la convierte en una fuente de energía limpia y respetuosa con el medio ambiente.

Inconvenientes de la fusión nuclear:

Complejidad tecnológica: La construcción de reactores de fusión nuclear a gran escala es extremadamente compleja y costosa debido a las altas temperaturas y presiones necesarias para mantener el plasma de fusión estable durante períodos prolongados.

Fusiones experimentales: Aunque se han logrado fusiones nucleares controladas en laboratorio, aún no se ha desarrollado un reactor comercial de fusión nuclear que pueda generar más energía de la que consume, lo que plantea desafíos técnicos y de ingeniería significativos.

Radiación y seguridad: Aunque la fusión nuclear es intrínsecamente más segura que la fisión nuclear, aún existen riesgos asociados con la manipulación de materiales y equipos de fusión, así como con la gestión de los residuos radiactivos generados durante el proceso.

Tiempo de desarrollo: A pesar del progreso en la investigación y el desarrollo de la fusión nuclear, se espera que pasen varias décadas antes de que los reactores de fusión comercialmente viables estén disponibles a gran escala, lo que plantea dudas sobre su capacidad para abordar rápidamente los desafíos energéticos actuales.

Costes financieros: La construcción y operación de reactores de fusión nuclear son extremadamente costosos, lo que plantea desafíos financieros significativos para su adopción a gran escala, especialmente en comparación con otras fuentes de energía renovable más maduras y económicamente viables.

Hoy en día, la fusión nuclear sigue siendo un campo de investigación activo en todo el mundo. Proyectos como ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) están trabajando para construir reactores de fusión a escala de demostración que puedan generar energía de manera limpia y segura. Si se logra dominar la fusión nuclear, podría proporcionar una fuente de energía prácticamente ilimitada, sin emisiones de carbono y con un mínimo de residuos radioactivos.

Es una prometedora fuente de energía del futuro que podría revolucionar la forma en que generamos electricidad. Con un origen que se remonta a la comprensión de las estrellas y un descubrimiento que marcó un hito en la historia de la ciencia, la fusión nuclear continúa siendo objeto de investigación y desarrollo para hacer realidad su potencial como una fuente de energía limpia y sostenible para las generaciones venideras.