Físico del TEC busca usar fusión nuclear para generar energía

En una pequeña oficina de la Escuela de Física del Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC), en Cartago, el científico costarricense Iván Vargas Blanco, doctor en física de plasmas, trabaja en una de las más grandes hazañas de la física moderna.

Su desafío, que comparte con decenas de físicos en el mundo, consiste en lograr en la Tierra un proceso que ocurre constantemente en las estrellas: la fusión nuclear.

Se trata de la unión de dos núcleos ligeros para dar origen a un núcleo más pesado, y, en el proceso, desprender una gran cantidad de energía.

Justamente es esa energía que se libera en el proceso de la fusión nuclear la que Vargas y sus colegas buscan aprovechar.

El mundo consume constantemente 15 terawatts de energía – un terawatt equivale a 10.000 millones de bombillos de 100 watts encendidos– . La mayoría de esa energía se obtiene de quemar combustibles fósiles que, además de ser costosos, generan gases contaminantes que contribuyen al calentamiento global.

No obstante, si se aplica la fusión nuclear para generar energía, con solo un gramo de combustible (que en este caso es hidrógeno, el elemento más abundante en el universo) se producen 26.000 kilowatts -hora, suficiente electricidad para abastecer 1.000 viviendas durante todo un año, explica Vargas.

Además, se trata de una energía limpia. En el proceso de la fusión no se generan gases contaminantes; el único residuo es la producción de helio, un gas noble que no contamina y, además, tiene aplicaciones industriales.

Tampoco deja residuos radioactivos, como sí ocurre con los reactores nucleares actuales que trabajan aplicando el proceso de la fisión, el “opuesto” de la fusión, pues consiste en la división de un núcleo de un elemento más pesado para dar origen a dos más livianos.

En ambos procesos se produce mucha energía, pero la fusión es más productiva: genera 100 veces más energía que la fisión nuclear.

En la Tierra. El único gran inconveniente de la fusión nuclear es que no sucede de forma natural en la Tierra. Los físicos llevan medio siglo tratando de obtenerla controladamente y, aunque lo han logrado en tres ocasiones durante la década de los 90, aún no hay una tecnología que permita usarla como una alternativa energética.

Para lograr la fusión nuclear de forma controlada es necesario diseñar y construir un reactor que genere condiciones equivalentes a las estrellas, como el Sol.

Eso es porque el choque entre los dos núcleos atómicos que dan origen a la fusión solo ocurre a gran velocidad. Esas condiciones se alcanzan únicamente cuando la materia está a muy alta temperatura y a mucha presión. En ese momento adopta el cuarto estado de la materia: el plasma.

Desde 1985, en la época en que Ronald Reagan y Mijail Gorbachov lideraban Estados Unidos y la antigua Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas, ambas naciones se unieron en un proyecto para lograr esta hazaña científica.

Hoy, la Unión Europea, Japón, China, Corea del Sur e India también forman parte del consorcio que construye en la localidad francesa de Cadarache un gran experimento de fusión nuclear, el Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER, por sus siglas en inglés).

Su construcción costará unos $5.700 millones y se espera que esté en funcionamiento en el 2016.

En Tiquicia. Costa Rica también tiene una parte en todo este proceso. Gracias a un convenio firmado este año entre el TEC y el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas de España (Ciemat), Iván Vargas observa en tiempo real todos los datos que se desprenden del stellarator TJ-II, una máquina que se encuentra en el Laboratorio Nacional de Fusión de España.

Los científicos utilizan el stellarator TJ-II para tratar de crear una miniestrella en la Tierra. Calientan el hidrógeno a una altísima temperatura para poder crear plasma y, a falta de la fuerza de gravedad que mantiene el plasma de las estrellas concentrado, en la Tierra usan un campo magnético para contener esa materia extremadamente caliente sin dañar las paredes del dispositivo.

Se trata de una versión miniatura de lo que será el ITER. El plasma que genera el stellarator TJ-II no es lo suficientemente denso ni caliente para producir fusión –para eso se necesita una temperatura de 100 millones de grados Celsius, diez veces la del núcleo del Sol–, pero sirve para estudiar el comportamiento del plasma y aprender cómo hacer la fusión controlada.

Así, desde su oficina en Cartago y gracias a una conexión segura a través de Internet, Vargas observa los experimentos y todos los datos que se desprenden de él.

Con esa información, el físico puede describir el comportamiento del plasma en el lenguaje matemático de la física y, a partir de esas descripciones, esbozar modelos físicos que contribuyan al diseño y construcción del gran experimento de fusión nuclear.

“Mientras en España se genera plasma, nosotros aquí tenemos acceso a todos los datos en tiempo real. Lo más importante es que nos permite hacer investigación de primera”, señala Vargas, quien busca establecer a mediano plazo un laboratorio de plasma en el TEC.

Con las ecuaciones y los modelos que él realiza, trata de solucionar uno de los grandes problemas científicos del ITER: cómo atrapar el plasma por más tiempo y, así, poder generar más energía.

Vargas es optimista. Él proyecta que para el año 2035 ya entrarán en funcionamiento reactores de fusión nuclear comerciales que generen la energía del planeta a partir del agua del mar.