Ni sol artificial ni fusión nuclear comercial: los detalles que no te cuentan

Hay noticias que tenemos que contar del revés. No se trata de decir lo contrario a la realidad, sino de exponer qué es lo que no ha ocurrido. Sería jugoso empezar diciendo “científicos han desarrollado un sol artificial”, pero también sería indiscutiblemente falso. Cuando los temas se vuelven complejos y el progreso llega a cuentagotas, cada pequeño paso es único en sus matices y difuminarlos nos impide comprender qué tienen realmente de especial, nos obliga a exagerarlos, a vender lo que no tenemos y a ser incapaces de comprender qué hay de nuevo, si hace apenas unas semanas, este o aquel medio, ya titulaban sus artículos clamando el mismo logro. Y eso es lo que nos está ocurriendo con la fusión nuclear.

Cuántas veces habrán celebrado los medios el encontrar agua en Marte, siempre como si fuera la primera vez, sin atender a los detalles que hacían de cada una de ellas algo realmente relevante. Supongo que, más o menos, las mismas que habremos curado el cáncer en ratones. Porque cuando el contenido de una noticia se vuelve algo enrevesado, la amnesia se apodera de los medios. Producir artículos como quien rellena salchichas es lo que tiene: que quién se acuerda de lo que embutió ayer. Poco podemos hacer, salvo tratar de marcar una humilde diferencia explicando el contexto. Y es que si empezamos el artículo por el revés, seremos más capaces de entender qué hay de nuevo y que es más que consabido en cuanto a la deseada fusión nuclear.

La importancia del “cómo”

La energía de fusión es el santo grial que nuestra civilización ansía. Una forma de obtener energía absolutamente limpia y sin residuos (a diferencia de la fisión que usan nuestras centrales). Con un combustible tan sencillo y abundante como el hidrógeno, que podemos extraer del agua misma, la fusión nuclear se volvería (en la práctica) inagotable. El problema es que por ahora solo es teórica. Nadie ha diseñado un reactor comercial capaz de producir energía mediante fusión. Aunque tenemos el Sol, claro, porque las estrellas están alimentadas precisamente por estas fuentes de energía, que hacen que átomos simples (como los del hidrógeno o el helio) se unan formando átomos más complejos.

El calor y la presión de las estrellas lo hacen posible, y ese proceso por el que crean nuevos elementos es llamado nucleosíntesis estelar. Es el motivo por el que Sagan decía que estamos hechos de polvo de estrellas, porque es allí donde “nace” el carbono y el oxígeno, el nitrógeno y el fósforo, el azufre y tantos otros elementos que forman la práctica totalidad de la vida que conocemos. Por eso se suele llamar “soles artificiales” a los reactores nucleares de fusión, pero como nadie ha fabricado nunca uno funcional, podemos y debemos insistir en que no existen tales soles. Ahora bien, aunque no se hayan creado reactores de fusión nuclear comercial, sí que se han logrado cosas a muy pequeña escala.

Para que un reactor nuclear de fusión nos sirva de algo como civilización necesitamos que pueda fusionar una buena masa de hidrógeno. Eso significa que tenemos que calentar bastantes átomos y, por lo tanto, suministrarle una cantidad de energíaque no podemos afrontar, al menos por ahora. Lo que podemos hacer, mientras tanto, es hacer pruebas con pequeñas cantidades e invertir grandes cantidades de energía en producir… menos energía. Por eso no son comerciales, son pruebas, investigaciones que buscan resolver problemas y optimizar el uso de la energía suministrada para que la reacción de fusión comience. Así que no, tampoco es la primera vez que se consigue una reacción de fusión en condiciones de laboratorio.

El truco de la diana

Ahora bien, si nos dejamos llevar por los titulares, podríamos creer que, por primera vez, se ha logrado una reacción de fusión en laboratorio que produce más energía de la que le suministramos a ella. El caso es que esto tampoco es verdad, porque hay un matiz. El nuevo estudio que se ha publicado en Nature y que ha disparado la desinformación dice que la reacción ha producido más energía de la que le suministramos, es verdad, pero no más energía de la que tuvieron que usar. Para calentar el material que queremos fusionar, podemos utilizar muchos láseres concentrados en un punto, como plantea este último estudio (y otros antes que él).

En este caso hablamos de 192 láseres apuntando a una cápsula de 0,2 microgramos de hidrógeno (concretamente deuterio). Ahora bien, parte de la energía que necesitamos para que funcionen los láseres se perderá, no saldrá hacia la partícula, o incluso “rebotará”. Podemos decir que la energía que usan para el experimento es muy superior a la que realmente conseguimos suministrar al hidrógeno. Por eso, aunque han producido más de la que aportan a la cápsula, sigue habiendo un enorme déficit energético: de forma global podemos concluir que se ha consumido más energía de la producida, y eso es un mal negocio. De hecho, ya hace tiempo que otros experimentos han conseguido eso mismo, algo importante, sin duda, pero no marca el punto de inflexión esperado, ese en el que la reacción salga “rentable”.

Lo que realmente ha pasado

Y, habiendo empezado por el final, toca llegar al principio, porque ya estamos más o menos listos para comprender dónde está la novedad de esta investigación, liderada por A. B. Zylstra. La clave está en un concepto: el plasma ardiente (o al menos esa es una de las posibles traducciones del término original, “burning plasma”). Para explicar el término, lo primero es aclarar que el plasma es otro estado de la materia diferente de los clásicos que siempre nos han contado. No es ni sólido ni líquido ni gas, es lo que ocurre cuando seguimos calentando un gas.

Siempre nos ha dicho que, cuanto más caliente, más libres se mueven los átomos que componen las sustancias, por eso los líquidos fluyen y los gases, directamente, tienden a expandirse ocupándolo todo. En el plasma eso hace que los electrones se comporten como si “fueran por libre” y ese es el estado que ha de alcanzar el hidrógeno para fomentar la fusión. Ahora bien, cuanto más calentemos el plasma más fácil será que ocurra la reacción, y más fusiones ocurrirán en un mismo tiempo (simplificándolo todo mucho). Porque la clave no solo es que produzca más energía de la que le suministramos, sino que se caliente tanto, que libere energía suficiente como para calentarse a sí mismo de forma apreciable, eso sería (más o menos) el plasma ardiente.

Ese es el paso, el hito del que tendríamos que estar hablando, el avance que los investigadores dicen haber logrado y que, hasta ahora no se habría logrado (al menos en estas condiciones). Resumiendo: el estudio dice que han logrado calentar hidrógeno hasta un estado de plasma ardiente capaz de calentarse a sí mismo. Según los propios expertos que han logrado el hito, los estudios anteriores se habían quedado por debajo de ese umbral del plasma ardiente y ellos lo han logrado no en una ocasión, sino en cuatro, con distintos experimentos. Es más, hay otro paso que los autores dicen haber logrado en uno de los cuatro experimentos. Según reportan, en ese caso el “recalentamiento” era tal que superaba a las pérdidas de energía (tanto por radiación como por conducción), dicho de otro modo: es natural que la energía se disipe, que pierda temperatura como un café a la intemperie, pero este “café” producía más calor del que perdía, manteniendo su temperatura. Teóricamente, eso implica que la reacción es autosostenida, y si es así significaría un verdadero logro.

Sin embargo, esto último es una interpretación de los datos recogidos por el experimento. Encaja con la realidad, pero no tiene por qué ser la única explicación. De hecho, es pronto para afirmarlo con la rotundidad que lo han dicho los investigadores. En ciencia y tecnología, este tipo de avances han de ponerse a prueba. Otro equipo deberá replicar los resultados y, por desgracia, la historia de la fusión nuclear nos hace desconfiar, porque no es la primera vez que una buena noticia se queda en aguas de borrajas. Así que no, ni sol artificial ni fusión nuclear comercial, pero ahora conoces los detalles que otros no cuentan.

QUE NO TE LA CUELEN:

• A pesar de lo que se plantea normalmente, la meta no es conseguir recrear las condiciones del Sol en un reactor nuclear, ni siquiera imitar su temperatura, de hecho, los cálculos apuntan a que habría que generar un calor muy superior al que podemos encontrar en el núcleo del sol para conseguir que la reacción de fusión sea estable. El motivo, de forma simplificada y en pocas palabras, sería que el reactor tendría mucha menos materia con la que hacer la reacción de fusión y habría que compensar esta escasez relativa con temperaturas todavía mayores. Calentar grandes cantidades de Helio hasta alcanzar esas temperaturas es complicado, por no decir tremendamente endiablado.

REFERENCIAS (MLA):

• Zylstra, A.B., Hurricane, O.A., Callahan, D.A. et al. Burning plasma achieved in inertial fusion. Nature601, 542–548 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04281-w
• Barbarino, Matteo. “Author Correction: A Brief History Of Nuclear Fusion”. Nature Physics, vol 16, no. 12, 2020, pp. 1238-1238. Springer Science And Business Media LLC, doi:10.1038/s41567-020-0966-x. Accessed 15 Sept 2021.
• Tollefson, Jeff. “US Achieves Laser-Fusion Record: What It Means For Nuclear-Weapons Research”. Nature, vol 597, no. 7875, 2021, pp. 163-164. Springer Science And Business Media LLC, doi:10.1038/d41586-021-02338-4. Accessed 15 Sept 2021.