Se ha denominado energía de fusión al proceso (reacción) exotérmico mediante la cual, núcleos de átomos livianos, como el hidrógeno, se combina con otros para formar átomos pesados, tales como es el helio. Cuando esto sucede se genera una gran cantidad de energía. Esta es la reacción por la que el sol y las estrellas generan su fuerza motriz. Ello es posible porque durante su formación, en su interior se fueron desarrollando elevadísimas temperaturas y presiones que indujeron la fusión continua de núcleos atómicos, con lo que se fue produciendo una gran y permanente liberación de energía.

Ahora se trata de imitar esta maravillosa reacción solar, y los mejores candidatos son los que utiliza el sol y las estrellas: una mezcla de deuterio (H2) y tritio (H3), (isótopos de hidrógeno). Para ello habría que lograr calentarlos a muy elevada temperatura y una elevada presión durante el tiempo suficiente como para lograr que se fusionen. De lograrlo se produciría un núcleo de helio (He) y un neutrón, mas una partícula alfa y simultáneamente una gran liberación de energía cinética, que es la que mantiene juntos a los componentes del núcleo (protones y neutrones) (figura 1). (La urgencia de la energía de fusión). Ella constituye la llamada fuerza fuerte, que es muchísimo mayor que la fuerza electromagnética que mantiene unidas a las moléculas. Se ha calculado que la energía que se libera es 10 millones de veces mayor que la que se obtiene al liberar la energía química de las moléculas. Es la fuerza motriz que constantemente están liberando el sol y las estrellas. Ello es posible, dado las muy altas temperaturas y presiones que existen en su interior. Como resultado se produce lo que se ha denominado "plasma", un gas ionizado compuesto de partículas cargadas eléctricamente que se desplazan a gran velocidad.

Esta reacción es la que los científicos están tratando de imitar, pero lo difícil es alcanzar y mantener dichas temperaturas durante el período requerido para que se inicie el proceso de fusión. Después el proceso se mantendría por sí mismo. Por eso que es importante el reciente anuncio de científicos de USA de haber logrado producir más energía que la del combustible que se necesitó absorber para comenzar la reacción.

De este modo, de lograrse la fusión del deuterio y tritio podría la humanidad disponer de una fuente inagotable de energía limpia, ya que en la Tierra existen grandes cantidades de isótopos del hidrógeno (deuterio y tritio) mezclados en el agua de mar. Puede decirse que en un volumen de 50 metros cúbicos de agua de mar hay suficiente deuterio que al fusionarse podría producir suficiente energía eléctrica como para abastecer durante un año a una población de un millón de habitantes (Fusión por láser).

El anuncio lo han hecho científicos del National Ignition Facility (NIF) en Livermore, California. Ellos reconocen que es importante lo logrado, pero que aún están lejos de haber alcanzado una reacción de fusión que se auto mantenga con una ganancia energética constante. Lo importante es alcanzar el llamado "encendido". Normalmente, el reactor como un todo, para operar necesita más energía que la cantidad que el produce. "Por ello este hallazgo es un paso significativo en la investigación de la fusión", afirma Omar Hurricane, investigador que opera el NIF, "pero desde aquí nos queda un largo camino que recorrer para llegar a disponer realmente de la energía de fusión como fuente de poder" (NewScientist 15 Febrero 2014, pág. 11).

El intenso calor y alta presión que existe en el núcleo del sol y en las estrellas induce la fusión de átomos de hidrógeno creando un núcleo de helio (más pesado) y liberando enormes cantidades de energía. Lo que los investigadores de NIF están intentando de lograr este efecto de "encendido", mediante el rayo láser. Para ello disparan 192 rayos de láser dentro de una cámara de oro, que convierte la energía láser en pulsos de rayos X. Una serie de cuatro de estos pulsos estruja un pequeño pellet de combustible que contiene deuterio y tritium, ambos isótopos del hidrógeno, lo que hace que el pellet brevemente explote y consiga la fusión (figura 2).

NIF ha estado trabajando en el tema desde 2009, pero con muy escaso progreso. De acuerdo a lo establecido, debió haber entregado ya resultados al Congreso de USA en el año 2012, pero no lo logró. Ahora con un nuevo período de financiamiento, ha vuelto a ensayarlo con una modificación tecnológica, ajustando sus rayos láser de modo que los rayos X generados golpeen el pellet en tres pulsos en lugar de cuatro, con lo que consiguen producir energía más rápido.

Estas nuevas experiencias la han realizado y es ahora cuando han conseguido la anunciada ganancia energética (Nature, DOI: 1038/naturel3008). El experimento entregó 10 kilojoules de energía al pellet, lo que liberó aproximadamente 15 kilojoules. La energía total entregada por el láser al sistema fue cercana a 2 megajoules. Algo de energía se perdió durante el proceso, por ejemplo cuando el rayo láser se convierte en rayos X. Estos resultados significan que lo que se ganó de energía representa menos del 1% del total de energía que entró al sistema. Con todo, el equipo de NIF afirma que van por buen camino.

Otros también persiguen lo mismo

El láser no es el único camino que se está ensayando para alcanzar el sueño de utilizar la energía de fusión en reemplazo de la energía fósil. Con el mismo objetivo otros están construyendo en Cadarache, Francia, el más Gran Reactor Termonuclear (ITER), con el cual pretenden fusionar el hidrógeno y liberar la enorme cantidad de energía, usando grandes magnetos. Se trata de una gran ------ para la cual se han asociado los recursos económicos y capacidades tecnológicas de varios países (China, La Unión Europea, Japón Rusia Corea del Sur y Estados Unidos), cosa que no ha sido fácil (Decaen las esperanzas del proyecto del reactor termonuclear Internacional (ITR)).

En la actualidad se está en plena construcción del enorme reactor, de 23.000 toneladas, que cuando se termine alcanzará una altura tres veces superior a la torre de Eiffel, con un costo que superará los 20.000 billones de dólares. Los científicos piensan que usando potentes magnetos en su interior, permitiría mantener el plasma a las altas temperaturas durante el tiempo necesario para iniciar el encendido, del proceso de fusión. La gran dificultad está en alcanzar y mantener esas altas temperaturas (150 millones °C) durante el tiempo suficiente para lograr que se produzca la fusión de los núcleos (Science vol. 343, 2014, pág. 957).

Piensan que mediante los fuertes campos magnéticos ubicados en forma de espiral se prevendría que el plasma golpeara contra las paredes frías del reactor, ya que esta lo enfriaría imposibilitando la fusión. Estiman que por este motivo otros reactores no habrían alcanzado las temperaturas señaladas (Los físicos requieren de monstruosos laboratorios para dilucidar los misterios del Universo), (La urgencia de la energía de fusión).

Tal es la urgencia de reemplazar la energía del carbón, que en los últimos años han aparecido diversos otros grupos de científicos e ingenieros de diversos países (USA, Europa y otros lugares), que consiguiendo financiamientos privados y/o mixtos de diferentes gobiernos, han iniciado otras alternativas tecnológicas para inducir la fusión. Cada uno de ellos, cree alcanzar la meta. La revista Science de Julio 2014 expone los diversos enfoques de cuatro de ellos (Science, 2014, vol. 345: issue 6195, pág. 370-375).

Si en el futuro se llegara a disponer de la energía de fusión, sería posible el sueño de una energía inocua, no contaminante, barata e inagotable. Se podría imaginar un mundo de abundancia, libre de contaminación y sin límites técnicos para derrotar la pobreza, el hambre y las enfermedades. Así piensa la Fundación de Fusión de USA.