Energía por fusión nuclear: futuro brillante, oscuro pasado

Punto de inflexión

«Este es un gran día… Hoy estamos aquí para hablar de la fusión [nuclear], la combinación de dos partículas [atómicas] en una. La semana pasada, en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore —LLNL, por sus siglas en inglés— en California, científicos del Centro Nacional de Ignición —NIF— lograron ignición por fusión, esto es, crear más energía a partir de las reacciones de fusión que la energía utilizada para echar a andar el proceso».¹ Quien pronunció estas palabras el 13 de diciembre de 2022 durante la rueda de prensa fue Jennifer Granholm, secretaria del Departamento de Energía de los Estados Unidos. Y añadió: «Es la primera vez que esto se ha hecho en el laboratorio en cualquier parte del mundo. En pocas palabras, esta es una de las hazañas científicas más impresionantes del siglo XXI».

La afirmación de la secretaria Granholm no es para menos ya que podríamos estar siendo testigos de un momento Sputnik que trastoque el terreno geopolítico en las décadas siguientes, tal y como lo expresó en 2019 Nicholas Negroponte, cofundador y primer director del renombrado MIT Media Lab (1985) del Instituto Tecnológico de Massachusetts —MIT—: «Si alguien domina la fusión nuclear, cambiará las reglas del juego».²

Contrario a la mala prensa con la que cuenta la energía por fisión nuclear —las bombas atómicas lanzadas sobre Hiroshima y Nagasaki, el desastre en Chernóbil, por mencionar algunos—, la fusión nuclear plantea ventajas nada desdeñables: por un lado, la energía resultante de unir los átomos puede ser entre cinco y diez veces superior que su contraparte, la fisión nuclear, y sin el lastre medioambiental de residuos radiactivos o gases de efecto invernadero; por otro lado, el combustible utilizado en la fusión nuclear son átomos de hidrógeno, el elemento químico más abundante en el Universo; en este sentido, los océanos constituyen una fuente casi inagotable de combustible.

A pesar de estas ventajas como futuro de la energía limpia, las condiciones para lograr una ignición por reacción de fusión nuclear no son tan benévolas:³ se requieren temperaturas, igual o superiores, a las que se encuentran en nuestro Sol —del orden de millones de grados Celsius— para producir plasma —gas altamente ionizado, el cuarto estado de la materia— que logre promover y sostener las reacciones de fusión nuclear como ocurre en nuestro Sol y otras estrellas. A escala cósmica, la colosal masa de las estrellas logra comprimir gravitacionalmente al hidrógeno de tal forma que se garantiza la fusión nuclear.

Trasladar con éxito aquí en la Tierra la fusión nuclear observada en las estrellas requirió el desarrollo de dos hitos tecnológicos: la bomba de hidrógeno —bomba «H» o termonuclear— y el láser de alta energía. El primero de ellos, así como la fundación misma del LLNL, hunden sus raíces en proyectos militares que, si bien fueron concebidos para avanzar en el desarrollo de armas de destrucción masiva, hoy están pavimentando el camino para un futuro de energía abundante. Bajo esta óptica, no resulta sorpresivo que el título del responsable del proyecto en el NIF sea el de «Director del Programa de Física de Armas». Si bien es cierto que se pregona sobre los potenciales beneficios de la energía por fusión nuclear en el sector civil, tampoco hay que olvidar que el desarrollo de la bomba de hidrógeno estuvo a punto de incendiar la atmósfera.

Castle Bravo

La hora local en el atolón Bikini de las islas Marshall es 4:29 a.m. del primero de marzo de 1954. Ralph Freedman, ingeniero de armas nuclear y a la sazón con 24 años, se encuentra a bordo del USNS Ainsworth junto con otros científicos nucleares de Los Álamos, donde será testigo privilegiado de la puesta en práctica de las ideas del físico Edward Teller y del matemático Stanislaw Ulam para superar el poder destructivo de la bomba atómica. La idea revolucionaria de destrucción masiva del binomio Teller-Ulam es canalizar los rayos X provenientes de una explosión nuclear controlada para comprimir el combustible de fusión —isótopos de hidrógeno—¹ hasta el punto de su ignición; la combinación de estas dos etapas en un solo dispositivo produce un poder de destrucción superior a la bomba atómica por fisión.

Por el megáfono del USNS Ainsworth se escucha el conteo regresivo: menos de dos minutos para la detonación de Castle Bravo, el nombre clave asignado a la bomba de hidrógeno. Los científicos de Los Álamos y demás personal comienzan a congregarse en la cubierta. Ralph escucha que uno de los científicos ha olvidado sus gafas de protección para ver directamente la detonación. A pesar de sus 24 años, Ralph ha visto varias detonaciones y hongos nucleares en el desierto de Nevada, así que ofrece sus gafas protectoras al científico olvidadizo, y le da la espalda al horizonte donde está por ocurrir la detonación: él será testigo de otra revelación.

La tensión crece con el conteo regresivo, se vuelve palpable, y algunos de los científicos apenas logran ocultar sus pensamientos catastróficos que contemplan un posible Fin del Mundo. De acuerdo con sus cálculos, dada la cantidad de hidrógeno presente en la atmósfera terrestre existe la probabilidad de uno en un millón de que ésta pueda ser suficiente para que la explosión de Castle Bravo haga prender fuego a toda ella. No en vano algunos científicos de primera línea del Proyecto Manhattan escribieron directamente al Presidente Harry S. Truman advirtiéndole que «un arma como esta no se puede justificar sobre cualquier base ética», sin embargo, el conteo final para su detonación de prueba está llegando a su fin.

Entonces, la explosión termonuclear inundó el horizonte. El joven Freedman no sólo fue testigo de la reacción en los rostros de los científicos, sino también de un horror involuntario al observar los huesos faciales de todos ellos. La energía liberada por la explosión vino acompañada por radiaciones de alta energía, incluyendo rayos X —la «luz de Teller»— la cual dejó al descubierto un espectáculo bajo la piel. «Frente a mí —recuerda Freedman—había esqueletos. Sus rostros no eran más humanos. Solo huesos de quijadas y cuencas oculares. Filas de dientes. Calaveras».⁴

Apenas un minuto después de la explosión, el hongo nuclear ocupó 7 kilómetros de diámetro y 14 de altura, y continuó creciendo al igual que el miedo entre los científicos. Afortunadamente, el hongo nuclear cesó su avance. Cálculos posteriores mostraron que la explosión había sido un 250 % más poderosa que lo diseñado. Sin embargo, en aquel momento, con la bola de fuego ocupando cada vez más el horizonte, el Fin del Mundo había parecido una cuestión de minutos.

La explosión provocó la evacuación de los atolones en las islas Marshall; el coral pulverizado por la bomba ahora era un talco radiactivo que viajaba por el aire, cubriendo kilómetros a la redonda. Casi irónicamente, Aikichi Kuboyama, un operador de radio a bordo del buque de pesca japonés Lucky Dragon Number Five, localizado a más de 50 kilómetros del área restringida al momento de la explosión, fallecería 6 meses después a causa del coral radiactivo al que estuvo expuesto junto con el resto de la tripulación. El evento Castle Bravo fue catalogado como el peor desastre radiológico de la historia.

Hacia un uso civil de la fusión nuclear

La construcción de la bomba de hidrógeno no hubiera sido posible sin el audaz cabildeo político de Edward Teller y Ernest O. Lawrence —científico clave en el enriquecimiento del uranio durante el proyecto Manhattan— ante el Presidente Truman. Sus habilidades políticas no sólo lograron el visto bueno para la construcción de la bomba sino también la creación de un laboratorio de radiación enfocado en su desarrollo perteneciente a la Universidad de California, localizado en Livermore, a tan sólo 6 kilómetros del campus de Berkeley. Su primer director sería el propio Ernest Lawrence, iniciando operaciones en la primavera de 1950; al fallecer, el laboratorio sería renombrado como Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.

En 1957, después del éxito de Castle Bravo, algunos científicos comenzaron a explorar aplicaciones civiles de la energía por fusión nuclear, pero sin recurrir a un detonador que involucrara una reacción por fisión nuclear. Otro reto consistía en determinar la mínima explosión posible por fusión para obtener una ganancia neta de energía. Tres años después, John H. Nuckolls —futuro director del propio LLNL en 1988— llegó a la conclusión que comprimir a altas presiones un miligramo de isótopos de hidrógeno —deuterio y tritio— sería suficiente para obtener una ganancia neta de energía.^{5, 6} Además, podría usarse un láser de alta energía como disparador de las reacciones de fusión al interior de la cápsula.

La idea estaba bien fundamentada teóricamente, pero el enfoque resultó demasiado innovador para la década de los 60 —la ciencia de los materiales, la electrónica y los láseres no habían madurado lo suficiente para validar los cálculos de Nuckolls— por lo que casi sepultan el proyecto. Sin embargo, la idea recibió financiamiento en los años siguientes porque existían aplicaciones militares que involucraban el uso de láseres, además de los informes de inteligencia sobre el avance de programas rusos sobre fusión láser y la subsecuente crisis del petróleo en 1970.

Sin duda, todos estos factores impulsaron y allanaron el camino hacia el éxito anunciado el pasado 13 de diciembre por la secretaria Granholm. A pesar de que el experimento ha durado fracciones de segundos éste ha espoleado el espíritu de competitividad de otros países, principalmente China, en la búsqueda de una hegemonía tecnológica en el terreno de la fusión nuclear. En poco más de medio siglo una nación ha sido capaz de liberar el poder destructivo del átomo a través de la fisión y la fusión nuclear. En ambas ocasiones el catalizador ha sido la supremacía militar: mantener una ventaja destructiva sobre los adversarios. El control de la energía por fusión nos puede abrir a todos un futuro de prosperidad sin precedentes. La pregunta ahora no es si seremos capaces técnicamente de lograrlo sino si poseemos la suficiente cordura como especie para transformar ese poder en un futuro brillante y no uno lleno de cenizas.

Referencias.

1.U.S. Department of Energy. Panel Discussion: Nuclear Fusion Breakthrough. YouTube (2022).

2.de Querol, R. Nicholas Negroponte: «El 5G no será rompedor. Es la fusión nuclear lo que cambiará el mundo». Ediciones EL PAÍS S.L. (2019).

3.Asimov, I. Nueva guía de la ciencia. (Plaza & Janes Editories Sa, 1985).

4.Jacobsen, A. The Pentagon’s Brain: An Uncensored History of DARPA, America’s Top-Secret Military Research Agency. (Back Bay Books, 2016).

5.Nuckolls, J. H. Early Steps Toward Inertial Fusion Energy (IFE) (1952 to 1962). https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc710698/m2/1/high_res_d/658936.pdf (1998).

6.Nuckolls, J., Wood, L., Thiessen, A. & Zimmerman, G. Laser Compression of Matter to Super-High Densities: Thermonuclear (CTR) Applications. Nature 239, 139–142 (1972).