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Infografía | El futuro de la generación de energía a través de la fusión nuclear

A principios de diciembre un equipo de investigación del National Ignition Facility logró un hito al lograr desencadenar una reacción de fusión que redujo más energía de la que los láseres le habían aplicado

El pasado 5 de diciembre, un equipo del National Ignition Facility logró llevar a cabo un experimento de fusión por confinamiento inercial en el que, durante unos pocos nanosegundos, se logró desencadenar una reacción de fusión que produjo más energía de la que los láseres le habían aplicado. Es un hito científico que abre la puerta a la generación de energía limpia, barata y estable. Sin embargo, lograr generar energía mediante fusión para su aprovechamiento y poder reemplazar los combustibles fósiles, aún está a décadas de desarrollo.

En esta infografía de Milena Plata se pueden consultar (deslizar horizontalmente) todas las claves de este hito en la carrera hacia la consecución de energía limpia e ilimitada.

La diferencia entre fusión y fisión

La fusión y la fisión nucleares son reacciones que generan grandes cantidades de energía. Son reacciones distintas y su aprovechamiento para producir energía implica materiales, combustibles y tecnologías también muy diferentes.

La fusión nuclear es una reacción nuclear en la que dos núcleos de átomos ligeros, en general el hidrógeno y sus isótopos (deuterio y tritio), se unen para formar otro núcleo más pesado, generalmente liberando partículas en el proceso.

La fusión de los núcleos genera Helio y neutrones como residuo, fácilmente gestionable. El Helio es un gas limpio que no genera efecto invernadero y los neutrones liberados, aunque requieren de gestión ya que producen radiactividad de baja intensidad, tienen una vida radiactiva mucho más corta.

En el proceso de fisión, se descompone un núcleo atómico pesado (uranio o plutonio)l en varios más ligeros. Toda la energía nuclear que se produce actualmente en el mundo es energía de fisión. Durante la fisión se generan residuos radiactivos de alta intensidad que pueden desprender radiactividad durante miles de años. Su gestión y almacenamiento requieren instalaciones específicas.

La energía útil resultante de ambas reacciones –fusión o fisión– permite calentar agua para mover una turbina y generar electricidad.

Como crear una fusión nuclear en el laboratorio

Para que una reacción de fusión se produzca, se requiere que el combustible utilizado (en este caso  euterio y Tritio) reciba mucha energía para que los átomos se acerquen muchísimo entre sí y se mantengan muy juntos durante el tiempo necesario para que empiecen a fusionarse. En la actualidad, para lograr esta reacción nuclear se han desarrollado dos métodos diferentes: 

Fusión por Confinamiento Magnético (FCM) Las partículas cargadas del plasma son atrapadas en un espacio reducido por la acción de un campo magnético. El dispositivo más desarrollado es el Tokamak, creado en el Joint European Torus (JET) y tiene forma toroidal (donut). Esta tecnología se probará en el ITER (reactor termonuclear experimental internacional) que se está construyendo en Francia, financiado de forma internacional y que se espera sea el último gran paso hacia la a energía de fusión. 

Fusión por Confinamiento Inercial (FCI) Consiste en crear un medio tan denso que las partículas no puedan escapar y choquen entre sí. Se crea impactando una pequeña esfera deuterio y tritio.  Este es el método que ha sido utilizado para último experimento en la National Ignition Facility del LLNL de Estados Unidos.

Cómo conseguir más energía que la que se gasta en producirla

El experimento, realizado por la National Ignition Facility, ha bombardeado un pequeño contenedor de dos milímetros, relleno de Deuterio y Tritio (dos isótopos del hidrógeno) con el láser más grande del mundo hasta conseguir las condiciones idóneas para que los dos isótopos se fusionen, generando energía en el proceso.
192 haces de luz láser se disparan una ráfaga de 2,1 megajulios hacia las paredes interiores del Hohlraum, el contenedor cilíndrico donde se ha producido la fusión; está hecho de oro y tiene 1 cm de altura.

Los rayos-X calientan la superficie de la cápsula de combustible formando una envoltura de plasma super caliente. El combustible se calienta a mínimo 100 millones de ºC. La capa externa del contenedor de combustible se separa.

El calor y la presión provocan que el combustible implosione, se comprima y se vuelva muy denso. El combustible debe ser lo suficientemente denso para que los núcleos se aproximen a distancias muy cortas y debe estar confinado el tiempo necesario para que se produzca la reacción de fusión. Cuando se produce la fusión, el calor se propaga rápidamente a través del combustible (ignición) liberando una gran energía, varias veces superior a la energía entrante.

Para lograr la fusión, los láser han entregado 2,05 megajulios a la cápsula. La fusión ha generado 3,15 megajulios, lo que da como resultado una ganancia neta de 1,1 megajulios; energía suficiente para calentar 9 litros de agua.

Energía nuclear en España

En España existen 8 centrales nucleares.

  • Sta. Mª de Garoña: En cese explotación desde el 6 de julio de 2013.
  • Almaraz I: PT: 2.945 / PE: 1.038,8. Inicio actividad: 01/05/1981. Autorización hasta: 01/11/2027
  • Almaraz II. PT: 2.935 / PE: 1.043,3. Inicio actividad: 08/10/1983. Autorización hasta: 31/10/2028
  • Ascó I. PT: 2.938 / PE: 1.020. Inicio actividad: 10/12/1984. Autorización hasta: 01/10/2030 (cese definitivo de explotación)
  • Ascó II. PT: 2.939 / PE: 1.032. Inicio actividad: 31/03/1986. Autorización hasta: 02/10/2031
  • Cofrentes. PT: 3.235 / PE: 1.100. Inicio actividad: 11/03/1985. Autorización hasta: 30/11/2030
  • Vandellós II. PT: 2.939,3 / PE: 1.081,9. Inicio actividad: 8/03/1988. Autorización hasta: 27/07/2030
  • Trillo. PT: 3.010 / PE: 1.052. Inicio actividad: 06/08/1988. Autorización hasta: 17/11/2024

Generación de energía eléctrica en España

Con/sin emisiones CO2 (%). Sistema eléctrico nacional

Entre enero y noviembre de 2022, el 62,7% de la generación de energía eléctrica en España no ha producido emisiones de CO2, siendo la eólica la que mayor porcentaje de energía ha aportado a la red, por encima de la nuclear. Sin embargo, las centrales de ciclo combinado, que emiten CO2, son las que más energía han generado en lo que va de año.

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