09 Agosto 2022
Desde tiempos remotos, hasta los inicios del siglo XX existía una duda constante en la comunidad científica. La duda era simple de plantear, pero muy difícil de responder: “¿Qué proceso es el que provee de energía al Sol?”. Parte de esta respuesta comenzamos a obtenerla con el descubrimiento de la física nuclear, cuando en 1920 Sir Arthur Eddington conjeturó (acertadamente) que la energía del Sol debía provenir de procesos de unión de átomos de hidrógeno, proceso conocido como fusión nuclear.
La carrera científica se centró entonces en buscar la forma de “embotellar” la energía del Sol, un desafío que comenzó a materializarse durante la segunda mitad del Siglo XX, gracias a la colaboración científica y la voluntad política de las grandes potencias de la época que, hacia el final de la Guerra Fría, concibieron la idea de crear lo que entonces se conoció como “La Gran Máquina”, que posteriormente cambió su nombre a proyecto ITER. Tras décadas, los frutos de este esfuerzo se están consolidado, y se espera que el año 2035 produzca las primeras reacciones de fusión generando energía limpia y casi ilimitada.
Más de 35 países –Estados Unidos, Rusia, China, Japón, India, Corea y la Unión Europea- participan en colaboración en esta iniciativa, que hoy se encuentra en plena construcción en el sur de Francia y es considerada uno de los proyectos científicos más costosos de la historia, una lista que también incluye a famosos como el Programa Apolo de la NASA y la Estación Espacial Internacional, entre otros.
Para entender la envergadura de lo que estamos hablando, debemos considerar que el Sol se encuentra en un estado de la materia llamado plasma y que está a una temperatura muy alta: aproximadamente 6000 °C en su superficie, unos 15.000.000 °C en su centro; y “encapsulado” en forma de esfera gracias a su propia gravedad. Estas altísimas temperaturas son necesarias para liberar energía mediante la unión de dos partículas cargadas con el mismo signo, por lo que la alta temperatura es un requerimiento que no podemos obviar.
Tokamak
Aquí es donde viene el real desafío para desarrollar un “contenedor del Sol”: buscar alternativas que no involucren paredes físicas. Si el plasma toca una pared, se producirá un enfriamiento tal que hará perder todas las reacciones de fusión; lo que es un problema para la obtención de energía, pero también es un sistema extremadamente práctico para evitar posibles accidentes o desastres mayores.
Para lograr aquí en la Tierra contener estos plasmas, a altísimas temperaturas, existen dos grandes acercamientos: usar láseres de gran potencia que los confinan por unas pocas milésimas de microsegundo y producen las reacciones nucleares deseadas en ese tiempo, o usar campos magnéticos que mantengan al plasma alejado de las paredes. En ambos casos, debemos entender que son tareas titánicas y ambiciosas que requieren de colaboración de toda la comunidad científica mundial.
El proyecto ITER utiliza estos campos magnéticos y pertenece a una familia de experimentos denominados “Tokamak” (un acrónimo ruso para decir “cámara toroidal con bobinas magnéticas”) que han demostrado ser uno de los principales candidatos a tener éxito en el proceso de “embotellar un Sol”: generan un campo magnético suficientemente intenso como para mantener un plasma de millones de grados de temperatura confinado en su interior, y que es donde ocurren las reacciones nucleares de fusión.
Hablamos de un megaproyecto de ingeniería actualmente en construcción en Francia, es el tokamak más grande jamás diseñado, una máquina gigante con forma de rosquilla que inyectará 50MW de potencia al plasma para obtener 500MW provenientes de fusión nuclear, es decir un factor 10 en ganancia. A modo de contexto, en febrero recién pasado, el tokamak que precede históricamente a ITER, el Joint European Torus (JET), entregó buenas noticias para la comunidad de fusión nuclear al producir 16MW por fusión, utilizando 25MW para formar el plasma, es decir una razón de 64% entre la potencia obtenida y la potencia inyectada. Este hito que fue destacado como un nuevo récord en la búsqueda de la fusión controlada.
Una nueva industria
Ciertamente, cualquier investigación con este nivel de complejidad, costos, plazos de ejecución de décadas y resultados prácticos difusos en el largo plazo, es financiada principalmente por entidades que miren el problema como un tema que debe enfrentar la humanidad en su conjunto. Es por esto que los países destinan parte su producto interno en apoyar investigación básica en sus distintas formas, ya que los grandes problemas del futuro no necesariamente son del interés de la industria privada.
Sin embargo, en el caso de la fusión nuclear, los impresionantes resultados obtenidos en la última década han impulsado iniciativas privadas en el desarrollo de tecnologías asociadas a esta nueva forma de energía. Justamente, son empresas con visión de mediano plazo que esperan no sólo contribuir a la tarea, sino también estar listos para proveer de recursos científico-tecnológico para cuando se logre y así, obtener los beneficios económicos de ser pioneros en un tema tan relevante. De hecho, estas inversiones ya son noticias recurrentes en artículos económicos aparecidos en el Financial Times, revista Forbes, The Telegraph, entre otras; indicando una proyección de crecimiento aun mayor según lo muestra la Fusion Industry Association en su análisis 2022.
El sueño de décadas de la comunidad científica está pronto a cumplirse en poco más de una década. Aun cuando esta meta suena lejana, es el año en que se espera que obtengan su primer título universitario las niñas y niños que hoy cursan 5to básico. La pregunta importante es ¿estamos haciendo hoy la inversión necesaria para cuando llegue el momento? En el intertanto, en la comunidad científica seguiremos trabajando por lograr este anhelado sueño.
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Felipe Veloso
Físico experimental y doctor en Física de la Pontifica Universidad Católica. Sus áreas de investigación incluyen física de plasmas, potencia pulsada, óptica aplicada y fusión nuclear, entre otras. Actualmente es profesor asociado del Instituto de Física UC y miembro representante de la UC en el Comité de Sociedad Civil Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN). La columna de ciencia es coordinada por el Proyecto Ciencia 2030-UC.
