Daniel El Payaso

Artículo patrocinado por:

-o-

danielcaballerorubio@gmail.com

Se pasea de forma anónima por las calles de Medina de Rioseco junto a su mujer, la soprano Cristel de Meulder, y sus inseparables amigos el pianista Matthias Müller y su compañera Jennifer. Nadie se detiene para sacarse una foto o pedirle algún autógrafo. En internet las referencias sobre él (exceptuando Google académico) son escasas y sin embargo, del conocimiento e ingenio suyo y de otros pocos cientos (quizás miles) de cerebros en el mundo, dependerá el ganarle un importante pulso al calentamiento global, que a estas alturas, pocos se atreverán ya a poner en duda.

Josef, Jef para los amigos, es director del Laboratorio de Física de Plasma de la Real Academia Militar de Bélgica (equivalente a CIEMAT en España). En 2018 recibió el premio Landau-Spitzer por sus avances en la eficiencia del calentamiento del plasma. Lleva una vida entera investigando para lograr producir una energía limpia a partir de la fusión nuclear. El procedimiento más prometedor consiste en liberar grandes cantidades de energía a partir de la unión de dos isótopos de hidrógeno (deuterio-tritio). Dicha investigación conseguirá, de lograrse, una eficiencia cuatro veces mayor a la de la fisión de uranio y millones de veces la de los combustibles fósiles.

Su origen surge a principios del siglo XX tras el estudio de cómo generaban su energía las estrellas. Con el paso de los años se empezó a valorar la posibilidad de replicarlo en la Tierra y hacia los años 50s, se crearon los primeros reactores de prueba para conseguirlo: tokamaks y stellarators. Ambos aparatos pretenden alcanzar la fusión a partir del confinamiento magnético de un plasma. Otra técnica alternativa es el confinamiento inercial, que introduce el combustible en una pequeña pastilla a la que se aplica grandes dosis de energía a partir de láseres en un muy corto espacio de tiempo. Las altas expectativas generadas así cómo su beneficio prometido para el medio ambiente, invitan a pensar que todo el esfuerzo realizado es poco para conseguir dominar el fuego por segunda vez en la historia de la humanidad.

Confinamiento magnético o confinamiento inercial ¿por qué línea de investigación se decanta usted?

No se trata de preferir un método, cualquier método que permita la fusión es bueno. Pero hay diferencias técnicas importantes entre ambos. El confinamiento magnético consiste en confinar un plasma a más de 150 millones de grados, utilizando campos magnéticos muy potentes (imanes superconductores) para que no toque las paredes. El tokamak más grande del mundo, el Joint EuropeanTorus (JET) en Reino Unido, hace 25 años ya consiguió una potencia de fusión suficientemente grande como para calentar la mezcla de combustible. El ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), actualmente en construcción en el sur de Francia, está concebido para producir 500MW a partir de 50MW para la década de 2040.

Por confinamiento inercial, solo unos pocos experimentos (unos 10) han dado como resultado más energía de fusión de la que se ha introducido y aun estamos muy lejos de construir un reactor prototipo. En una central de 1000MW, necesitaríamos 10 pastillas por segundo para producir suficiente energía.

La revista Nature sugiere que el Laboratorio Lawrence Livermore de EE.UU utiliza sus investigaciones relacionadas con el confinamiento inercial para el mantenimiento y mejora del arsenal de sus bombas nucleares. ¿Es esto cierto?

Sí, eso es totalmente cierto. El primer objetivo del Laboratorio Lawrence Livermore es simular y estudiar la implosión de una bomba de hidrógeno. La investigación sobre la fusión es un subproducto.

«LA GRAN VENTAJA DEL STELLERATOR CON RESPECTO AL TOKAMAK, ES LA POSIBILIDAD DE FUNCIONAR DE MANERA CONTINUA»

Entre los dos dispositivos principales de confinamiento magnético: tokamak y stellarator, ¿Cuáles son sus principales diferencias?

En ambos casos el plasma tiene forma de rosquilla. En el tokamak se genera mediante imanes externos (tres sistemas en ITER) y una corriente eléctrica inducida por un transformador. Dicha corriente retuerce el campo magnético en una forma helicoidal, manteniendo la partículas confinadas, calientes y cargadas. En un stellarator el campo magnético tiene una geometría más compleja y retorcida. Se genera únicamente mediante imanes externos, por lo que no es necesaria una corriente de plasma ni, por lo tanto, un transformador. Debido a esto, el stellarator puede funcionar de manera continúa, mientras que el tokamak necesita detenerse para recargar el transformador.

Para el calentamiento del plasma en un tokamak se utilizan tres métodos. ¿Por qué?

Con la corriente eléctrica, aunque se trata de una corriente muy elevada el plasma tiene muy poca resistencia, así que sólo se puede alcanzar una temperatura de unos 10-15 millones de grados. Para alcanzar los 150 millones de grados se necesitan métodos adicionales. Uno consiste en inyectar ondas de radio con potencias de varios millones de vatios, y el otro consiste en utilizar un acelerador de partículas compacto y acelerar isótopos de hidrógeno a energías muy altas. Ambos se utilizan en los dispositivos actuales, por separado o combinados, y se encuentran en niveles muy avanzados de sofisticación.

En 2018 recibió, junto a otros tres compañeros, el premio Landau-Spitzer por encontrar un método para aumentar la eficiencia en el calentamiento del plasma. ¿Puede explicarlo de forma simple?

En este método, inyectamos ondas de radio en un dispositivo de fusión magnética para calentar los isótopos de hidrógeno. Mediante una técnica nueva e ingeniosa, podemos calentar selectivamente partículas específicas a energías muy altas. De este modo, hemos desarrollado un método adicional y muy eficiente para calentar los isótopos de hidrógeno fríos a las temperaturas necesarias para que se produzcan las reacciones de fusión.

«SON NECESARIOS 150 MILLONES DE GRADOS PARA SUPERAR LA REPULSIÓN DE LOS NUCLEOS CON CARGAS POSITIVAS QUE TIENEN QUE REACCIONAR ENTRE SÍ»

150 millones de grados

La dificultad fundamental para que suceda la fusión es la repulsión de los núcleos con carga positiva que deben sufrir esa reacción. Para acercarlos lo suficiente para que suceda la reacción de fusión es necesario empujarlos juntos contra su repulsión dotándoles de energías muy elevadas.

¿Se han alcanzado ya esas temperaturas?

Sí, de forma rutinaria en JET. E incluso hemos obtenido en reacciones específicas en JET y en un dispositivo japonés más de 500 millones de grados. Pero no es necesario alcanzar esas temperaturas y además es menos eficiente.

¿Cómo se miden tan altas temperaturas?

Para medir la temperatura hay cinco métodos diferentes, basados en distintos conceptos físicos y cálculos matemáticos. Todos los meses nos reunimos expertos para contrastar los resultados. Si son los mismos está bien, si no paramos los análisis y revisamos si hay que hacer alguna reparación.

«SIN EL EFECTO TÚNEL SERÍAN NECESARIOS MILES DE MILLONES DE GRADOS PARA ALCANZAR LA REACCIÓN DE FUSIÓN»

¿Se tiene en cuenta el «efecto túnel» en los cálculos para lograr la fusión nuclear?

¡Por supuesto! Sin el efecto túnel 150 millones de grados no serían suficientes. Harían falta miles de millones de grados para provocar la reacción de fusión. Es una propiedad intrínseca de las partículas cuánticas que no se puede modificar.

El combustible utilizado más habitual es deuterio-tritio (D-T), pero se están estudiando otras alternativas: deuterio-deuterio (D-D), deuterio-helio 3 (D-H3) o protón-boro (P-B). ¿Son viables?

El problema de las alternativas al D-T son las altas temperaturas necesarias para que se produzca la reacción de fusión. En el caso D-D se necesitarían 800 millones de grados, para el D-H3 harían falta de 1000 millones de grados y para P-B 5000 millones. Esta última tiene la ventaja de que no libera neutrones y por lo tanto, esto evita que el primer muro sea radiactivo. En un futuro probablemente sean viables, pero en estos momentos, están fuera de nuestro alcance.

El tritio es muy escaso en la naturaleza. ¿Cómo hacen para abastecerse y qué planes hay para hacerlo en el futuro, cuando la necesidad de obtenerlo sea mucho mayor?

Actualmente se obtiene cómo subproducto de la operación de los reactores nucleares de fisión, en particular los de tipo CANDU en Canadá, ya que utilizan agua pesada. En los reactores futuros la idea es producir tritio dentro de los mismos a partir de litio-6 y litio-7, muy abundantes en la naturaleza. Ya estamos diseñando sistemas para hacerlo.

«EN GRANADA SE ESTÁ CONSTRUYENDO UNA INSTALACIÓN PARA INVESTIGAR QUÉ MATERIALES SON MÁS EFICIENTES PARA EL PRIMER MURO DEL REACTOR»

Para proteger por dentro el reactor, es necesario un material que pueda soportar temperaturas muy elevadas ¿En qué fase se encuentra esta investigación?

En los planes de ITER está el utilizar tungsteno como material para la primera pared. Ya se han realizado con éxito pruebas exhaustivas con este material para la primera pared en varias máquinas de todo el mundo. Pero estamos en una fase intermedia. Actualmente se está construyendo en Granada una instalación para avanzar lo más rápido posible en este campo (IFMIF-DONES). En este laboratorio se expondrá un gran número de materiales y aleaciones candidatos a las condiciones que se esperan en un futuro reactor de fusión.

Altas temperaturas, tritio, manto radiactivo… no es descabellado preguntarse hasta que punto son seguras las centrales de fusión

Mientras no se alcance la temperatura suficiente no se produce ninguna reacción y en el momento de producirse, el plasma está separado de las paredes por los campos magnéticos. Si algo fallara, su baja densidad provocaría su inmediato enfriamiento al contacto con las paredes del reactor.

El tritio es radiactivo pero sólo se introducen en el reactor unos pocos gramos. Una pequeña parte permanece en la primera pared, pero puede ser eliminada mediante métodos que se desarrollaron en JET. Además su vida media es de sólo 12,3 años.

El primer muro debería resistir el bombardeo de neutrones de alta energía. Actualmente estamos estudiando de forma teórica varias aleaciones las cuales, tras su uso, deberían permanecer radioactivas durante 50 o 100 años cómo mucho. Nada comparable a los residuos generados en los procesos de fisión, a partir de uranio o plutonio. Estamos esperando a la construcción de IFMIF-DONES para los tests.

«LOS RETRASOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE ITER SE DEBEN AL COVID-19 Y A SU COMPLEJA ESTRUCTURA DE ENTREGA DE MATERIALES»

ITER, proyecto de fusión más importante del mundo, es el producto de la colaboración entre 36 países de todo el mundo ¿puede ser esto una causa de los constantes retrasos en su construcción?

Es fantástico que colaboren en su construcción todos esos países. Los motivos de la ralentización se deben a la compleja estructura de entrega y a la COVID-19. Hace unos 30 años se tomó la decisión política de que cada país entregue una cantidad de equipo o material equivalente a una determinada suma de dinero. Esta no es la mejor idea para construir un dispositivo tan complejo. La COVID provocó retrasos en las entregas y daños en consecuencia de componentes complejos que han de repararse, lo que conlleva retrasos adicionales.

¿Está ITER preparado para adaptarse a los nuevos avances que se vayan produciendo?

Es imposible predecir el futuro, pero ITER tiene muchas posibilidades de adaptación a los avances que se vayan produciendo en todos los campos.

«LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL PERMITE UN ACCESO MUY RÁPIDO A LA INFORMACIÓN, PERO ME PARECE IMPOSIBLE QUE AYUDE A PREDECIR LA FLUCTUACIÓN DEL PLASMA»

¿Es la inteligencia artificial (IA) una herramienta útil para alcanzar los objetivos a una mayor celeridad? Commonwealth Fusion en EE.UU. afirma que su capacidad para anticipar el comportamiento del plasma les permitirá alcanzar el éxito en 2030

Actualmente hay mucho entusiasmo en torno a la IA. Es un acceso muy rápido a una gran cantidad de datos existentes. Pero de ahí a que pueda predecir algo tan complicado como el comportamiento del plasma me parece un poco ciencia ficción, porque no genera ideas nuevas. Si con los complejos programas de simulación que tenemos no podemos lograrlo con exactitud, no entiendo como una IA podría mejorarlo. Por supuesto, es imposible predecir el futuro, y tal vez haya una forma de hacerlo. Pero parece más un plan para conseguir dinero.

¿En qué fase se encuentra ese control de la fluctuación del plasma que provocara tantas complicaciones allá por los años 50s y 60s?

Para controlar las inestabilidades y aumentar la temperatura de los iones, hemos hecho un descubrimiento espectacular, documentado en un artículo de Nature. Al aplicar ondas electromagnéticas (ICRH) para acelerar una clase de partículas rápidas a energías muy elevadas, podemos romper estas inestabilidades y alcanzar las altas temperaturas de iones requeridas. Esto se ha demostrado experimentalmente. Los teóricos tienen dificultades para simular esto por el momento, pero la cuestión es que tenemos la respuesta de la naturaleza: ¡los experimentos! Todo esto no hubiera sido posible sin el JET, por eso es imprescindible conservarlo.

Los chinos, mientras tanto, han anunciado recientemente la creación de una central nuclear en la que aseguran poder provocar fisión de uranio 238 a partir de la fusión nuclear ¿Es factible?

Sí, es factible, ya que la reacción de fusión emite un neutrón de alta energía que podría utilizarse para estos fines. El uranio-238 no puede sufrir una reacción de fisión, por lo que la idea es producir otros isótopos a partir de la irradiación de uranio que puedan dividirse, en una capa alrededor del dispositivo de fusión, y luego alimentar esto a un reactor de fisión. Personalmente, no soy partidario de esta técnica, por la contaminación y porque estropearía las excelentes propiedades de un reactor de fusión. ¿Por qué producir contaminación a partir de una energía limpia?

«FABRICAR ORO A PARTIR DE FUSIÓN NUCLEAR ES POSIBLE, PERO SERÍA COMO MATAR UNA MOSCA A CAÑONAZOS»

Un laboratorio en EE.UU. también afirma estar trabajando en la posibilidad de fabricar oro a partir de mercurio utilizando dichos neutrones

Es posible, pero parece más ciencia ficción que otra cosa. Sería cómo matar una mosca a cañonazos. El coste de la elaboración sería extraordinariamente superior al valor del producto final. Además generaría oro radiactivo que deberá pasar por un proceso de descontaminación para poder ser comercializado.

Un proyecto en Gran Bretaña, el Sunbird, sugiere la posibilidad de propulsión de naves espaciales a partir de fusión nuclear. Aseguran que reduciría el tiempo en el espacio a más de la mitad

No he oído hablar de este proyecto, pero utilizar la fusión para viajes espaciales me parece también ciencia ficción. Aunque el combustible pese tan sólo unos pocos gramos el mecanismo para provocar la reacción pesaría varías toneladas. Lo que se podría utilizar, y ya se ha utilizado, son iones acelerados como medio de propulsión, pero eso no requiere de fusión nuclear.

«LA FUSIÓN NUCLEAR NO GENERA CO2, NI GASES QUÍMICOS, NI LLUVIA ÁCIDA, NI DESTRUYE LA CAPA DE OZONO, ENTRE OTRAS COSAS»

Volviéndonos un poco más existenciales, si la fusión nuclear llegara a tiempo, ¿sería la solución al calentamiento global?

La fusión tiene el potencial de contribuir en gran medida a la producción de energía limpia, casi inagotable y respetuosa con el medio ambiente. No genera CO2, ni gases químicos, ni lluvia ácida, ni destruye la capa de ozono… etcétera, etcétera, etcétera.

Alberto Loarte, jefe de la «Sección de Modelado y Confinamiento» en ITER, afirma que lograr la fusión nuclear provocaría el fin de las guerras por combustibles fósiles al igual que en su día terminaron por la sal

¡Estoy totalmente de acuerdo con mi buen amigo Alberto! Muchas guerras actuales son por energía. El gas ruso y americano, el petróleo árabe… Si consiguiéramos abastecer de una energía a partir de la fusión que sustituyera a la producida por los combustibles fósiles, sería una gran contribución para la paz en el mundo.

¿Sería accesible para los países en vías de desarrollo?

En esencia, sí. Pero, por supuesto, se necesita de personal cualificado. En África ya conocen buenos ingenieros y todo el mundo puede estudiarla y usarla.

«SI REINO UNIDO DESTRUYE EL JET, HABRÁ QUE AÑADIR OTROS 30 AÑOS A LA ESPERA PARA ALCANZAR LOS OBJETIVOS»

Circula la broma de que la fusión es la eterna promesa para los próximos 30 años, se diga cuando se diga. ¿Qué opina de esta singularidad?

Gracias por la pregunta, es importante. Si Europa es capaz de mantener el JET (el mejor tokamak del mundo, capaz de funcionar durante otros 20 años, mientras espera ITER), entonces podríamos avanzar mucho. Si no, habría que añadir otros 20-30 años a la realización del primer reactor de fusión y, muy probablemente, el primer reactor de fusión se realizaría… ¡en China! ¿Queremos depender de China? No lo creo. Sería mejor para Europa competir científicamente con ellos, y el mejor camino es mantener el JET operativo.

¿Qué propone para solucionar este problema?

La UE y el Reino Unido deben sentarse a la mesa para mantener este dispositivo en funcionamiento, que en este momento está siendo destruido por nuestros colegas británicos. Perder el JET supondría una enorme pérdida tecnológica y científica para Europa: un escándalo trágico y evitable. Necesitamos un diálogo directo entre la Sra. Von der Leyen, presidenta de la Comisión Europea, y el Sr. Starmer, primer ministro del Reino Unido.

«LA POLÍTICA EN ESPAÑA RESPECTO A LAS ENERGÍAS RENOVABLES ES RIDÍCULA. CASTROMONTE ERA UN PUEBLO BONITO Y HOY ES HORRIBLE»

Mientras tanto, se están haciendo fuertes inversiones en energías renovables. ¿Qué opina de esta alternativa?

Pueden contribuir a producir energía pero, como hemos visto recientemente en España, un exceso de ellas provoca inestabilidades peligrosas y costosas en la red. No solo España ha sufrido tales inestabilidades, también se han producido en los últimos años en Reino Unido, Irlanda o la República Checa, pero esto no se ha mencionado mucho. Creo que la política en España y Europa respecto a este tema es ridícula. Absolutamente ridícula y muy cara. Castromonte, por ejemplo, era un pueblo muy bonito y hoy es horrible y lleno de ruido. Reciben muchos subsidios pero un día se acabarán. Las nuevas fuentes de energías deben demostrar por si mismas ser rentables sin necesidad de subsidios, directos o indirectos.

¿Estaría dispuesto en sus próximas vacaciones a realizar una conferencia en Tierra de Campos sobre fusión nuclear?

Sí, por supuesto. ¿Cuándo? depende de cuándo tenga que volver mi amigo Matthias (risas).

PORTADAS ALTERNATIVAS

-o-