Científicos del consorcio EUROfusion han conseguido mantener durante cinco segundos una energía de fusión nuclear de 59 megajulios en el reactor JET de Reino Unido, superando con creces la marca anterior de 21,7 megajulios establecida en 1997. Investigadoras españolas del CIEMAT y otros centros han participado en este avance, que allana el camino al proyecto ITER que se está construyendo en el sur de Francia.
Investigadores del consorcio EUROfusion, cofinanciado por la Comisión Europea e integrado por 4.800 expertos, estudiantes y técnicos de toda Europa, han utilizado el reactor Joint European Torus (JET) para alcanzar un récord de 59 megajulios de energía de fusión sostenida durante 5 segundos. Como combustible se ha utilizado una mezcla de deuterio y tritio (dos isótopos del hidrógeno).
Este logro en el JET, el reactor tokamak operativo más grande y potente del mundo, situado en las instalaciones que la Autoridad para la Energía Atómica del Reino Unido (UKAEA) tiene en Oxford, supera con creces el anterior récord de energía de fusión de 21,7 megajulios establecido allí en 1997.
Los resultados del experimento, anunciados este miércoles por sus responsables, son la demostración más clara en 25 años del potencial de la energía de fusión para proporcionar una energía segura y sostenible con bajas emisiones de dióxido de carbono.
El nuevo récord forma parte de una campaña experimental diseñada por EUROfusion para poner a prueba los avances de más de dos décadas en materia de fusión nuclear y preparar de forma óptima el inicio, a mediados de esta década, del proyecto internacional ITER. Se está construyendo en Cadarache (Francia), está apoyado por siete miembros (UE, China, India, Japón, Corea del Sur, Rusia y EE UU) y su objetivo es demostrar la viabilidad científica y tecnológica de la energía de fusión.
El director general del ITER, Bernand Bigot, ha destacado: “Un pulso sostenido de fusión de deuterio-tritio a este nivel de potencia, casi a escala industrial, supone una confirmación rotunda para todos los que participan en la búsqueda global de la fusión. Para el proyecto ITER, los resultados del JET suponen una gran confianza en que vamos por el buen camino para demostrar la viabilidad de la energía de fusión”.
Joint European Torus (JET). / UKAEA/EUROfusion consortium
En un contexto de mitigación de los efectos del cambio climático mediante la descarbonización de la generación de energía, según los científicos que lo han logrado, el nuevo éxito conseguido constituye un paso fundamental en la hoja de ruta científico-tecnológica de la fusión nuclear como medio seguro, eficiente y de bajas emisiones para hacer frente a la crisis energética mundial.
Dentro del personal de EUROfusion, aproximadamente 140 científicos y técnicos están adscritos al Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) y otros 150 a otros centros de I+D, universidades e industrias españolas.
En la consecución del nuevo récord en fusión han participado las investigadoras del CIEMAT Elena de la Luna, que ha actuado como uno de los jefes de grupo (task force leaders) de la campaña experimental, y Emilia Rodríguez Solano, coordinadora científica en algunos de los experimentos que se han llevado a cabo en el JET. Otros dos han sido coordinados por las científicas Mervi Mantsinen, del Centro Nacional de Supercomputación de Barcelona, y Eleonora Viezzer, de la Universidad de Sevilla.
Tras conocerse este logro, el director general del CIEMAT y antiguo director general adjunto de ITER, Carlos Alejaldre, ha afirmado que “es una noticia excelente, una validación experimental real de que estamos en el buen camino para el desarrollo de la fusión como fuente de energía y además de una tremenda satisfacción para CIEMAT por la importante contribución de nuestros investigadores a este hito”.
En el reactor JET se ha conseguido un récord de fusión nuclear de 59 megajulios. / EUROfusion consortium
Por su parte, el director del Laboratorio Nacional de Fusión, Carlos Hidalgo, ha añadido que “los logros del JET muestran nuestra capacidad de moldear el futuro de la energía haciendo uso del método científico. Un gran resultado que ilustra la fortaleza del programa integrado en ciencia y tecnología de fusión en Europa para afrontar el reto global hacia energía masiva, segura y sostenible”.
En España también está prevista la construcción en Granada de la instalación IFMIF-DONES, cuyo objetivo es demostrar la viabilidad de los materiales que estarán cerca de las reacciones de fusión nuclear en reactores como el ITER.
El director general de EUROfusion, Tony Donné, ha declarado: “Este logro es el resultado de años de preparación por parte del equipo de investigadores de EUROfusion de toda Europa. El récord, y lo que es más importante, lo que hemos aprendido sobre la fusión en estas condiciones y cómo confirma plenamente nuestras predicciones, demuestran que estamos en el camino correcto hacia un mundo futuro con energía de fusión. Si podemos mantener la fusión durante cinco segundos, podremos hacerlo durante cinco minutos y luego durante cinco horas a medida que ampliemos nuestras operaciones en futuras máquinas”.
“La experiencia operativa que hemos adquirido en condiciones realistas nos da una gran confianza para la siguiente fase de experimentos en el ITER y en la central de demostración DEMO, que se está diseñando para poner electricidad en la red”, ha añadido.
El jefe del departamento de la Ciencia de la Fusión en EUROfusion, Volker Naulin, concluye: “Diseñamos esta campaña experimental en el JET para preparar de forma óptima la puesta en marcha del ITER investigando los procesos energéticos que entrarán en juego allí y para preparar a la próxima generación de investigadores en el campo de la fusión. Los experimentos confirmaron nuestras predicciones, lo que nos motiva a hacer todo lo posible para garantizar el éxito del funcionamiento del ITER en los plazos previstos. Los resultados apoyan la pronta decisión de construir una central eléctrica europea DEMO, ya que la fusión es necesaria para la descarbonización a largo plazo de nuestro suministro energético”.
La fusión es el proceso que alimenta las estrellas como nuestro Sol, llamada a convertirse en una fuente de generación eléctrica ilimitada, segura y utilizando pequeñas cantidades de combustible.
Es una reacción nuclear en la que dos núcleos ligeros, como son los isótopos del hidrógeno deuterio y tritio, se unen para formar otro más pesado, liberando enormes cantidades de energía.
La estrategia basada en el confinamiento magnético, que es la utilizada por el JET y también ITER, requiere calentar los núcleos reaccionantes a temperaturas unas 10 veces mayores que la del centro del Sol (estimada en unos 15 millones de grados Celsius) y aislarlos térmicamente del ambiente circundante mediante un intenso campo magnético (unas 100.000 veces el campo magnético terrestre).
La materia a esas temperaturas extremas consiste en un gas altamente ionizado llamado plasma. Una central de fusión comercial utilizaría la energía producida por las reacciones de fusión para generar electricidad, pero de momento se está en la fase de investigación.
En el nuevo récord alcanzado en JET se produjeron un total de 59 megajulios de energía procedente de la fusión durante un periodo de 5 segundos, la duración del experimento, en el que se han alcanzado una potencia de fusión (energía por segundo) en promedio de unos 11 megavatios.
El récord anterior en un experimento de fusión, conseguido en el JET en 1997, fue de casi 22 megajulios de energía de fusión, con una potencia de fusión de 4 megavatios. En esos experimentos se obtuvo una potencia máxima de 16 megavatios, lograda en pulso de plasma muy corto (de unos 0,150 segundos), que no ha sido superada en estos nuevos experimentos, centrados en la obtención de energía de fusión sostenida en el tiempo.
Amy Gandy, profesora de ingeniera de materiales nucleares (Universidad de Sheffield)
JET es el único experimento de fusión del mundo que utiliza el mismo combustible (deuterio y tritio) que se empleará en las futuras centrales de fusión, por lo que estos nuevos experimentos han permitido a los investigadores probar, por primera vez, componentes clave en condiciones reales, como la interacción entre el plasma y los materiales más cercanos. Estos resultados permiten confiar en que el ITER cumplirá la promesa de producir un plasma autosostenible capaz de producir más energía de la que se introduce.
Tony Roulstone, departamento de Ingeniería (Universidad de Cambridge)
Esto es muy importante. Los tokomaks de China y Corea han avanzado en temperatura y duración de la fusión, pero no han sido reacciones de deuterio-tritio, sino plasmas de larga duración para demostrar las condiciones de fusión sin el combustible. El JET se está actualizando y se encuentra en su última campaña, que será la última porque al final será radiactivo debido a los neutrones de fusión de alta energía. En esta campaña, se pretende obtener la mejor demostración de que el ITER funcionará.
Robin Grimes, profesor de materiales para energía (Imperial College de Londres)
Esto es una confirmación más de que la física práctica de la fusión puede proporcionar los niveles de energía que necesitamos para descarbonizar nuestras necesidades energéticas. Aunque quedan muchos retos de ingeniería por superar, esto proporciona a los responsables de la toma de decisiones las pruebas y, por tanto, la confianza necesaria para mantener el impulso. Este proyecto también ha demostrado que las asociaciones internacionales eficaces son la clave del éxito.
Ian Fells, profesor emérito de conversión de energía (Universidad de Newcastle)
La fusión se inició con la explosión de la bomba de hidrógeno en 1952, su potencial se hizo realidad, pero se ha tardado hasta ahora en conseguir 5 segundos de fusión, un éxito formidable. Ahora corresponde a los ingenieros convertirla en electricidad sin emisiones de carbono y mitigar el problema del cambio climático. Dentro de 10-20 años se podría comercializar.
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