¿Listo para descubrir cómo funciona la fusión nuclear y por qué seguimos persiguiendo ese sueño energético? En este video te explicamos de forma sencilla y entretenida qué son los reactores de confinamiento magnético, sus retos y el futuro de la energía limpia. Suscríbete para no perderte la serie, y cuéntanos en los comentarios qué parte te sorprendió más. #Ciencia #Energía #Tecnología #FusiónNuclear #Futuro
👉 Este canal es realizado en colaboración con https://www.youtube.com/@physiovisio
0:00 - Introducción a la fusión nuclear
0:52 - Fundamentos de la fusión termonuclear
5:15 - Problemas y confinamiento del plasma
7:28 - Funcionamiento de reactores tokamak y estelarador
12:30 - Ventajas, desafíos y desarrollo de tokamaks y estelaradores
19:46 - Proyectos actuales y futuros retos
23:11 - Limitaciones y oportunidades en combustibles de fusión
29:05 - Panorama y perspectivas de la fusión nuclear
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0:00 - Introducción a la fusión nuclear
0:52 - Fundamentos de la fusión termonuclear
5:15 - Problemas y confinamiento del plasma
7:28 - Funcionamiento de reactores tokamak y estelarador
12:30 - Ventajas, desafíos y desarrollo de tokamaks y estelaradores
19:46 - Proyectos actuales y futuros retos
23:11 - Limitaciones y oportunidades en combustibles de fusión
29:05 - Panorama y perspectivas de la fusión nuclear
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TecnologíaTranscripción
00:00Durante muchas décadas, los físicos han estado intentando dominar la tecnología de la fusión
00:04termonuclear controlada. Una tecnología que promete proporcionar a la humanidad una fuente
00:10casi inagotable de energía limpia y segura. Lamentablemente, el progreso en este ámbito
00:16avanza mucho más lento de lo que nos gustaría. Y con este video comienza una serie de materiales
00:20en los que analizaremos los enfoques principales para resolver este problema, sus dificultades,
00:25así como las ventajas y desventajas de las distintas construcciones de reactores de fusión
00:29nuclear en comparación con sus competidores. Este video en particular estará dedicado a la
00:34clase más común, aunque no la única, de reactores de fusión nuclear, los llamados reactores de
00:41confinamiento magnético. En los siguientes videos abordaremos otras opciones de diseño como la
00:47fusión por láser, los sistemas magneto-inerciales y algunas otras ideas. Primero, vale la pena recordar
00:54algunas cosas básicas sobre qué es la fusión nuclear y, en particular, la fusión termonuclear.
00:59¿Y por qué se le da tanta importancia? Mucho de esto ya lo hemos mencionado en nuestros videos
01:04anteriores y más de una vez, pero aún así voy a repetir las cosas más básicas una vez más para
01:09estar completamente seguros de que estamos hablando el mismo idioma. Empecemos por lo más básico. Si
01:15tomamos dos núcleos de átomos de elementos químicos ligeros y los acercamos entre sí a una
01:20distancia muy pequeña, del orden de 10 a la menos 15 metros, estos núcleos se fusionarán formando un núcleo
01:28más masivo y liberando energía. Y estos procesos se consideran la forma más eficiente de generar
01:34energía entre todas las que conocemos y que podemos realizar artificialmente en condiciones
01:39terrestres. Y hay varias razones para ello. En primer lugar, contamos con reservas casi
01:44inagotables de combustible para este tipo de reacciones. Por ejemplo, por cada millón de átomos
01:49de hidrógeno en la Tierra, hay aproximadamente 156 átomos de deuterio, un isótopo pesado del
01:54hidrógeno que es un combustible muy adecuado para la fusión nuclear. En otras palabras,
01:59en los océanos de la Tierra hay aproximadamente 46 billones de toneladas de deuterio, del cual
02:04mediante la fusión, primero en tritio y protón y luego en helio 4 y neutrón, se puede obtener
02:11aproximadamente 1.6 por 10 a la trigésima primera potencia julios de energía, lo que sería suficiente
02:19para la humanidad al ritmo actual de consumo durante unos 25 mil millones de años. En segundo
02:25lugar, la energía de la fusión nuclear es una energía ecológicamente limpia. Como resultado
02:30de la reacción, no se generan residuos químicos ni, mucho menos, radiactivos. Es decir, podemos
02:36producir energía sin dañar el medio ambiente. En tercer lugar, la energía de la fusión
02:40termonuclear es segura. A diferencia de las plantas nucleares que funcionan con reacciones
02:44de fusión nuclear en las hipotéticas plantas de energía termonuclear, incluso el peor
02:49accidente solo causaría daños al reactor. Pero no habría consecuencias graves, como
02:55las tristemente célebres de los accidentes en plantas nucleares. Así que no es nada sorprendente
03:00que realmente queramos dominar la fusión nuclear controlada, pero resulta que hacerlo es bastante
03:05difícil. Como ya mencionamos, para iniciar una reacción de fusión, es necesario acercar
03:10los núcleos atómicos a una distancia del orden de 10 a la menos 15 metros, pero los
03:14núcleos tienen carga positiva, y entre ellos surge la fuerza de repulsión de Coulomb, que
03:19a distancias tan pequeñas adquiere proporciones enormes. Por ejemplo, dos átomos de deuterio
03:24a una distancia de 10 a la menos 15 metros comenzarán a repelerse entre sí con una fuerza
03:29de 230 newtons. Eso equivale al peso de una carga de 23 kilogramos, considerando que los
03:35propios núcleos de deuterio pesan aproximadamente 3 por 10 a la menos 27 kilogramos. Para que
03:41los núcleos puedan chocar a pesar de una resistencia tan fuerte, deben acercarse a una velocidad
03:47monstruosa. Para ser más precisos, deben tener una energía cinética del orden de un millón
03:52y medio de electronvoltios, lo que significa una velocidad de aproximadamente el 4% de la
03:57velocidad de la luz. La energía cinética de las partículas de una sustancia es, en esencia,
04:02su temperatura. Y para que las partículas de una sustancia se muevan con una energía
04:06cinética del orden de un millón y medio de electronvoltios, la sustancia debe calentarse
04:11a aproximadamente 15 mil millones de grados. Por suerte, no es necesario calentar la sustancia
04:16tanto así para iniciar la fusión nuclear. En primer lugar, la temperatura indica la energía
04:21cinética promedio, y en un gas cuya temperatura es mucho menor a 15 mil millones de grados. De todos
04:27modos, habrá cierta cantidad de partículas que se moverán a una velocidad del 4% de
04:32la velocidad de la luz. Además, gracias al efecto túnel, sobre el cual tenemos un video
04:36aparte en nuestro canal, existe cierta probabilidad de que también puedan acercarse a la distancia
04:41necesaria partículas que tienen menor velocidad y energía cinética. Se ha calculado que una
04:47frecuencia suficientemente alta de reacciones de fusión se observará ya a temperaturas del
04:51orden de 100 millones de grados, lo cual, por supuesto, tampoco es poco. Por eso hablamos
04:56de fusión termonuclear o fusión nuclear a altas temperaturas, a diferencia de la fusión
05:01nuclear de baja temperatura, que es posible incluso sin un calentamiento intenso. Sobre
05:06esta tecnología, que algunos consideran ciencia ficción y otros ven como una posibilidad
05:11bastante real, tenemos un video aparte. En principio podemos calentar una sustancia
05:17hasta temperaturas de cientos de millones de grados. No es que sea fácil, pero existen
05:22maneras. La más popular, de hecho, utiliza básicamente la misma tecnología que usamos
05:27para calentar la comida en el microondas. Irradiamos la sustancia con ondas electromagnéticas,
05:32absorbe su energía y se calienta en el proceso. Si irradiamos con suficiente intensidad y también
05:38elegimos correctamente la frecuencia, podemos calentar la sustancia incluso hasta temperaturas
05:43de cientos de millones de grados. De hecho, sabemos cómo calentarla a esas temperaturas
05:48desde los años 80 del siglo XX, y en los prototipos modernos de reactores de fusión nuclear
05:53se alcanzan temperaturas de hasta 350 a 400 millones de grados. Sin embargo, mucho antes
05:59de que la temperatura alcance esos valores, surgen ciertas dificultades. A esas temperaturas
06:05e incluso a temperaturas mucho menores, la materia, sea cual sea su estado original, se
06:10evapora y luego se convierte en plasma, compuesto por núcleos atómicos y electrones que se han
06:16desprendido de ellos durante el calentamiento. Al calentarse, todos los gases se expanden y como
06:20el plasma desde el punto de vista termodinámico, también se comporta prácticamente como un gas,
06:26le sucede lo mismo. Al calentarla de 300 a 100 millones de kelvins, el volumen del plasma
06:31manteniendo la presión constante aumentará más de 30 mil veces. O sea, si calentamos el plasma,
06:36le dimos a las partículas la velocidad y la energía cinética necesarias, pero como resultado
06:41de la expansión, la densidad del plasma se vuelve insignificante y la probabilidad de que los
06:46núcleos puedan encontrarse es casi nula. Entonces hay que evitar de alguna manera la expansión del
06:51gas. Pero ¿cómo se puede hacer eso? En situaciones normales, para esto colocamos la sustancia que se
06:56va a calentar en algún recipiente, pero en este caso el recipiente debe ser realmente resistente.
07:02Si comenzamos a calentar con una presión de una atmósfera, entonces debe poder soportar la presión
07:06interna que lo empuja, de 30 mil atmósferas. Peor aún, no son simplemente 30 mil atmósferas,
07:12sino 30 mil atmósferas de presión de plasma a una temperatura de 100 millones de grados. Y ningún
07:17material puede soportar el contacto con una sustancia así. Así surge el problema clave de
07:22la fusión termonuclear controlada, conocido como el problema del confinamiento del plasma. La solución
07:28en términos generales se encontró bastante rápido. Se puede contener el plasma calentado a casi
07:34cualquier temperatura usando un campo magnético. Y de hecho, a primera vista, esto parece bastante
07:40sencillo de hacer. Imaginemos un electroimán común en forma de solenoide, una bobina de alambre por la
07:46que hacemos pasar corriente eléctrica. Dentro de la bobina, las líneas estarán dirigidas estrictamente
07:51a lo largo de su eje. Veamos una partícula de plasma que se encuentra en un estado de movimiento
07:56térmico caótico en algún lugar dentro de ese campo. Supongamos que es, por ejemplo, un núcleo
08:01atómico con carga positiva. Cualquiera que sea la magnitud de la velocidad del movimiento térmico para
08:07esta partícula y hacia donde sea que esté dirigida, se puede descomponer en dos componentes,
08:12en X y en Giola, es decir, perpendicular a las líneas del campo y paralela a ellas.
08:17La magnitud de la fuerza de Lorentz que actúa sobre una partícula cargada en movimiento en un
08:22campo magnético es proporcional al producto vectorial de la velocidad y la intensidad del
08:26campo. Para la componente de la velocidad que es paralela al campo será igual a cero. Si imaginamos
08:32una partícula que se mueve exclusivamente paralela al campo, esa partícula no sentirá
08:37en absoluto la influencia del campo magnético. Pero para una partícula que se mueve exclusivamente
08:43perpendicular al campo, la fuerza magnética será máxima y estará dirigida hacia un lado
08:48perpendicular tanto a la dirección del campo como, lo que es más importante, a la dirección
08:54de la velocidad del movimiento. Y el movimiento en una situación donde la fuerza está dirigida
08:58perpendicularmente a la velocidad es un movimiento circular. Bajo la acción de la fuerza de Lorentz,
09:03nuestra partícula comenzaría a girar alrededor del eje de nuestro electroimán. Ahora recordemos
09:09que nuestra partícula en el plasma tiene tanto componentes de velocidad perpendiculares como
09:14paralelas, por lo tanto, participará en ambos movimientos. Primero derivará a lo largo del eje
09:20del imán y, en segundo lugar, girará a lo largo de su eje, es decir, se moverá en espiral. El
09:26radio de
09:26la espiral será mayor cuanto mayor sea la componente de la velocidad de la partícula perpendicular al
09:31campo y será menor cuanto mayor sea la magnitud del campo magnético. En otras palabras, si aumentamos
09:36la intensidad del campo magnético, el radio de la espiral disminuirá. El campo, por así decirlo,
09:41aplastará el plasma creando un cordón de plasma más delgado. Al calentar el plasma, este cordón
09:47intentará expandirse, pero podemos controlar este proceso aumentando aún más el campo magnético.
09:53Todo lo que nos queda por hacer ahora es torcer nuestro electroimán lineal en algo parecido a
09:58una dona, científicamente llamado toro, cerrando la espiral de plasma sobre sí misma. Y listo,
10:05tenemos lo que necesitamos. El plasma se mueve dentro del toro en espirales y controlando el radio
10:11de estas espirales con un campo magnético, podemos lograr ese confinamiento del plasma. Pero aquí surge un
10:18pequeño y molesto problema. Dentro de un electroimán lineal, el campo era homogéneo, pero en nuestro
10:25electroimán en forma de anillo cerrado, ya no será así. En la pared interna, los electroimanes estarán
10:31más juntos entre sí que en la parte externa, lo que significa que el campo cerca del centro del toro
10:36será más fuerte que en su parte exterior. ¿A qué llevará esto? Exactamente, a nada bueno. Imaginen que
10:43nuestro campo magnético está dirigido en el plano de su pantalla, y a la derecha del centro de la
10:47pantalla será mucho más fuerte que a la izquierda. Supongamos que la dirección del campo y la carga de
10:53la partícula son tales que nuestro campo girará en el sentido de las agujas del reloj. Primero,
10:59la partícula describirá como un semicírculo hacia abajo en el campo fuerte, y cuando llegue el momento
11:04de moverse hacia arriba, lo hará en un campo más débil, en el que, como dijimos antes, el radio del
11:10círculo que describe será mayor. Al final, la partícula terminará su movimiento por encima del punto
11:16desde el que lo comenzó. Después, todo se repetirá. En el campo magnético fuerte, la partícula girará media
11:22vuelta hacia abajo en un círculo pequeño, y luego pasará a la zona de campo débil, donde girará media
11:28vuelta hacia arriba en un círculo grande. Es decir, terminará aún más arriba de donde estaba. Es decir, al moverse
11:35en un campo magnético de diferente intensidad, las partículas tenderán a desplazarse. Este fenómeno
11:42se llama deriva de gradiente del plasma, y como en nuestro toro el campo magnético también resulta
11:48ser no homogéneo, el plasma dentro del toro también estará sujeto a deriva, desplazándose hacia arriba o
11:54hacia abajo, y no se logrará la contención. Se puede resolver este problema si se cambia la
11:59configuración del campo magnético, de modo que sus líneas ya no sean paralelas al eje del toro,
12:05sino que se desplacen de la pared exterior a la interior y viceversa. Con esta configuración del
12:10campo, en una zona la deriva por gradiente desplazará el plasma hacia arriba en otra hacia
12:15abajo, y en general se mantendrá aproximadamente al mismo nivel. Dos enfoques para crear un campo con
12:21esta configuración dieron origen a dos de los diseños de reactores de fusión más populares hoy en
12:26día, los tokamaks y los estelaradores. La construcción llamada tokamak, abreviatura de
12:32cámara toroidal con bobinas magnéticas, fue propuesta en los años 50 del siglo XX en la URSE.
12:39La idea era la siguiente, y si creamos una corriente eléctrica dentro del plasma de la
12:43trampa que fluya a lo largo del eje del canal, cualquier corriente eléctrica en un conductor,
12:48incluido el plasma, genera a su alrededor un campo magnético en forma de torbellino, que se
12:54enrolla a lo largo de ese conductor, en nuestro caso el flujo de plasma además del campo magnético
13:00externo dirigido a lo largo del eje del flujo. La suma de estos dos campos nos dará un campo
13:05retorcido de la forma necesaria, como si envolviera el plasma en una trayectoria helicoidal, resolviendo
13:11nuestro problema y asegurando la contención del plasma. Para crear una corriente en el plasma se
13:16coloca otro electroimán en el centro del toro. En él se genera una corriente alterna, que produce
13:22un campo alterno, el cual a su vez crea en el plasma una fuerza electromotriz de inducción.
13:28Este es el mismo principio por el que funciona, por ejemplo la carga inalámbrica para teléfonos
13:32móviles. Este método de confinamiento magnético del plasma es el más extendido hoy en día.
13:38La mayoría de los reactores modernos en funcionamiento y en construcción, incluido el reactor ITER
13:43que se está construyendo en Francia, en el que esperan obtener por primera vez una reacción
13:47de fusión autosostenida, son precisamente tokamaks. Sin embargo, para ser justos, esta construcción
13:53está lejos de ser ideal y tiene muchos defectos inherentes, la mayoría de los cuales están
13:58relacionados con el hecho de que en el tokamak trabajamos con dos campos, el externo creado
14:03por los electroimanes exteriores y el interno, que es generado por la corriente que fluye a
14:08través del plasma. Además, la magnitud de esta corriente y los parámetros del campo dependen
14:13del estado del plasma y el estado del plasma depende de la configuración del campo magnético
14:18que lo mantiene confinado. Por esta razón, en los tokamaks surge un sistema complejo de
14:24retroalimentaciones positivas y negativas que pueden hacer que el estado del cordón de plasma
14:29sea inestable. La física de estas inestabilidades se analiza en detalle dentro de una disciplina
14:34bastante compleja, conocida como magnetohidrodinámica, en la que no profundizaremos en este video.
14:39Por eso solo les contaré cómo se ve esto y no por qué se ve así. Por ejemplo, si en
14:45alguna parte
14:45del cordón de plasma aparece una pequeña curvatura, esto cambia el campo magnético de tal manera que
14:52empieza a curvar aún más el cordón de plasma en esa zona. La curvatura inicial forma un lazo que se
14:57estira cada vez más y que en cierto momento puede tocar las paredes de la cámara e interrumpir la
15:03descarga de plasma. Este fenómeno se conoce como inestabilidad de curvatura. El segundo problema no está
15:09relacionado con la curvatura del cordón, sino con un pequeño cambio en su grosor. Si en alguna parte
15:14del cordón se vuelve un poco más delgado, los campos magnéticos empezarán a expulsar el plasma
15:19de ese adelgazamiento, haciendo que el cordón sea aún más delgado hasta que se rompa. Este fenómeno
15:25tiene un nombre bastante oficial, pero no por eso menos curioso, inestabilidad de salchicha, porque la
15:31forma del cordón de plasma cuando se desarrolla esta inestabilidad empieza a parecerse a una ristra de
15:36salchichas. El tercer problema es la inestabilidad de globo. Si en alguna parte del cordón de plasma
15:42aparece un pequeño engrosamiento, el campo magnético que mantiene el plasma se debilita en esa zona. Por eso
15:48a esta zona empieza a llegar aún más plasma de las áreas vecinas y el engrosamiento comienza a crecer
15:54aún más rápido. La perturbación parece inflarse por sí sola, como un globo, y de ahí viene el nombre de
16:01este
16:01fenómeno. No es que estos problemas sean irresolubles. Con la mayoría de los tipos de
16:06inestabilidad en los tokamaks se puede y se debe luchar, por ejemplo, cambiando la relación entre
16:12la corriente en los electroimanes externos y la corriente en el propio plasma, o de otras maneras,
16:18como agregando electroimanes correctores adicionales y cosas por el estilo. Precisamente los métodos para
16:23combatir la inestabilidad son hoy en día la línea de investigación más importante en el campo de la
16:28fusión termonuclear. Los ingenieros se entrenan para operar los tokamaks de manera que aseguren
16:32la contención del plasma y controlen las inestabilidades si es que llegan a surgir. Y la
16:37próxima vez que lean sobre un nuevo récord de tiempo de confinamiento del plasma, sabrán que
16:42se trata precisamente de que los científicos han aprendido a suprimir aún mejor las inestabilidades
16:48del plasma que surgen. Los mayores logros en este campo se han alcanzado en el tokamak chino
16:52y es donde lograron mantener el plasma de manera estable durante 1066 segundos. Sin embargo,
16:59muchos científicos e ingenieros creen que, en lugar de luchar constantemente contra las
17:04inestabilidades, es mejor intentar construir un reactor en el que las causas mismas de la
17:09aparición de inestabilidades sean eliminadas o al menos reducidas al mínimo. Por eso, junto con los
17:15tokamaks, existe otro diseño, los estelaradores. A diferencia de los tokamaks, en los estelaradores,
17:21los campos magnéticos son creados únicamente por electroimanes externos, lo que hace que el
17:26sistema sea más controlable y predecible. El problema es que, para crear la configuración
17:30de campo que necesitamos, se requiere un sistema de electroimanes muy complejo. Además, cualquier
17:35desviación de la configuración ideal provocará un deterioro drástico en la calidad de la contención
17:40del plasma. Por eso, en las décadas de los 60 y 70 del siglo XX, los tokamaks fueron reconocidos
17:46como una solución más prometedora y los principales esfuerzos en el estudio de la fusión
17:51termonuclear se dirigieron precisamente a esta área. Hoy en día, cuando tenemos a nuestra
17:56disposición potentes supercomputadoras y otros medios de cálculo modernos, algunos científicos
18:01creen que los estelaradores, con diseños y formas cuidadosamente calculados, pueden confinar
18:07el plasma con mayor eficacia que los tokamaks. Por ejemplo, la instalación Wendelstein 7X en
18:12Alemania está mostrando resultados muy interesantes. Allí mismo, en Alemania, la empresa Proxima
18:17Fusion planea lanzar el estelarador Stellaris para el año 2031, que en teoría debería lograr una fusión
18:24nuclear autosostenida. Es decir, construir un reactor en el que durante la reacción de calentamiento
18:29se genere más energía de la que se consume para calentar y mantener el plasma. Y hace apenas un
18:34mes, las empresas británicas Type 1 Energy e EECOM propusieron el proyecto del estelarador
18:39Infinity 2 con una potencia declarada de 400 megavatios, que planean poner en marcha en 2034.
18:46En los estelaradores casi no se presentan inestabilidades tipo salchicha o deflexión,
18:51y en ese sentido realmente superan a los tokamaks. Sin embargo, los estelarators todavía sufren,
18:57por ejemplo, de inestabilidades de abombamiento, así como de la aparición de otras inestabilidades
19:02relacionadas con la turbulencia del plasma. Por lo tanto, aunque un estelarator bien diseñado
19:06realmente permite crear un flujo de plasma más estable, ese flujo de todos modos no
19:11será completamente estable. Y en el estelarator es más difícil combatir las inestabilidades
19:16que surgen, ya que la configuración del campo magnético del estelarator está rígidamente
19:20fijada por su diseño. Además, una ventaja importante de los tokamaks es que hemos acumulado
19:25un enorme volumen de conocimientos sobre el comportamiento del plasma en ellos en diferentes
19:30modos de operación, y por eso sabemos mejor qué esperar de ellos y cómo controlarlos.
19:34Los estelarators, y especialmente los estelarators de alta potencia, son en gran medida un área
19:40poco explorada para nosotros, y sólo el tiempo dirá cuál de las construcciones resultará
19:45más prometedora. Aquí quizás es el momento adecuado para decir unas palabras sobre en
19:50qué etapas se encuentran nuestros intentos de construir reactores de fusión basados en
19:54trampas magnéticas. Intentos que, por cierto, ya llevan 70 años, y en este sentido tengo
20:00tanto buenas como malas noticias. Empezaré con las buenas. Ya sabemos cómo iniciar la
20:05fusión termonuclear controlada en este tipo de instalaciones, es decir, crear condiciones
20:10en las que estas instalaciones produzcan energía. Lo que no sabemos hacer es lograr que la cantidad
20:15de energía que produce el reactor por unidad de tiempo supere la cantidad de energía que
20:20se necesita gastar para calentar y mantener el plasma. Probablemente quienes más cerca han
20:26estado de crear un verdadero reactor termonuclear son los creadores de la instalación europea
20:30JET, ubicada en el Reino Unido y que funcionó desde 1984 hasta 2023. En el Tokamak JET, 100
20:39metros cúbicos de plasma se calentaban hasta 200 millones de grados, formando un cordón de
20:44plasma de aproximadamente 19 metros de largo y un metro de grosor, que lograban mantener durante
20:50varias decenas de segundos. La concentración de partículas dentro de esta instalación era de
20:5510 a la veinteava potencia por metro cúbico. Esto es aproximadamente 250 mil veces menor que
21:00la concentración de moléculas en el aire de la atmósfera terrestre, pero es más que
21:05suficiente para iniciar reacciones termonucleares. Y en el Tokamak JET, estas reacciones se producían
21:10exitosamente y de qué manera. En los mejores experimentos se alcanzó una potencia de 16 megavatios,
21:16suficiente para abastecer de energía a una ciudad pequeña. Lamentablemente, como ya mencionamos
21:21antes, mantener el Tokamak en funcionamiento requería más energía de la que producía.
21:26Por cada megavatio de energía invertido en el reactor, éste generaba solo 67 centésimas
21:31de megavatio. El problema clave era que el cordón de plasma incandescente perdía energía
21:36por radiación y se enfriaba mucho más rápido de lo que esa energía se generaba como resultado
21:41de las reacciones termonucleares dentro del cordón. Se planea corregir la situación en el
21:46laboratorio experimental internacional ITER que se está construyendo en Francia. Planean
21:51hacerlo no utilizando las complejas leyes de la magnetohidrodinámica, sino una ley simple
21:55y banal, la ley del cuadrado cubo. De hecho, la potencia de generación de energía es proporcional
22:01al volumen del cordón de plasma que se determina con esta fórmula. Y la potencia de las pérdidas
22:06de calor del cordón se determina por el área de su superficie, es decir, con esta fórmula.
22:10Es necesario notar que al aumentar todas las dimensiones del Tokamak, digamos, al doble, el área
22:16del cordón y por lo tanto la potencia de las pérdidas aumentará cuatro veces, pero
22:22el volumen del cordón y la potencia de generación de energía aumentarán ocho veces. Y en general,
22:29la relación entre las pérdidas y la energía producida resulta ser dos veces mayor, incluso
22:33lo suficientemente alta como para que la energía generada en el reactor sea suficiente para
22:38compensar las pérdidas y el reactor realmente comience a suministrar energía. En ITER planean
22:44aumentar el radio del anillo del Tokamak de 2.96 metros en jet a 6.2 metros y el radio
22:51interno
22:52del tubo de 1.25 a 2 metros, aumentando el volumen total del plasma confinado aproximadamente
22:5810 veces. Se espera que esto sea suficiente para que la energía generada en el reactor supere el
23:04consumo de energía y, si todo sale bien, ITER se convertirá en el primer reactor de fusión nuclear
23:10que funcione realmente. Sin embargo, este enfoque tiene críticos que afirman que resolver el
23:15problema simplemente aumentando el tamaño del reactor es un camino sin salida. El aumento del
23:20tamaño lleva a un incremento en el costo de la instalación y, lamentablemente, no sigue una ley
23:25lineal. Si la construcción de jet en términos de precios actuales costó aproximadamente 1.500 millones
23:31de euros, el costo de ITER será de unos 25 mil millones de euros, y los escépticos creen que
23:36para cuando termine la construcción podría alcanzar entre 40 y 50 mil millones. ¿Por eso existe un
23:42enfoque alternativo? ¿Y si en vez de aumentar el tamaño del reactor aumentamos la potencia del
23:47campo magnético? De hecho, esto permitiría comprimir el plasma con más fuerza y lograr una mayor densidad,
23:54lo que significa obtener una mayor frecuencia de reacción y una mayor liberación de energía,
23:58incluso con el mismo tamaño de reactor. En la teoría de los reactores de fusión,
24:03se considera que la concentración de partículas en el plasma depende de la intensidad del campo
24:09magnético de compresión según una ley cuadrática, y que la frecuencia de reacción y la generación de
24:15energía, a su vez, dependen de la concentración de partículas también según una ley cuadrática.
24:21En otras palabras, la liberación de energía es proporcional a la cuarta potencia de la intensidad
24:26del campo. Si se aumenta el campo solo al doble, la liberación de energía puede
24:31incrementarse 16 veces, incluso con el mismo tamaño de la instalación. Muchos científicos
24:37llaman a estos tokamaks de alto campo no porque sean más altos, sino porque tienen un campo
24:41magnético más intenso, el verdadero futuro de la energía de fusión. Por ejemplo, en el tokamak
24:47ruso en desarrollo con tecnologías de reactor TRT, se espera alcanzar intensidades de campo magnético
24:52de 8 teslas en comparación con los 3,5 teslas del reactor Jet. Y el reactor estadounidense
24:57Spark, que por cierto planean poner en marcha ya en el año 2027, desarrollará campos magnéticos
25:03de hasta 13 teslas. En general, en este momento parece que realmente nos hemos acercado mucho
25:08a aprender a obtener energía mediante la fusión nuclear. Lamentablemente, incluso si llega el
25:13tan esperado momento y realmente logramos encender un sol artificial en la Tierra, todavía estaremos
25:18bastante lejos de la implementación comercial de esta tecnología. Todas las condiciones para que
25:23ocurran las reacciones de fusión nuclear, de las que hemos hablado en este video hasta ahora,
25:27se referían solo a una única reacción, la fusión de deuterio y tritio, es decir, los isótopos pesado
25:34y superpesado del hidrógeno, con uno y dos neutrones respectivamente. Y el uso comercial de esta
25:39reacción es bastante complicado y esto por dos razones al mismo tiempo. La primera es el propio tritio,
25:45casi no se encuentra en la naturaleza y se produce artificialmente en reactores nucleares. Además,
25:50el costo de un gramo de tritio puede alcanzar los 100 mil dólares. Solo el costo del combustible
25:55para producir un megavatio hora de energía mediante la combustión termonuclear de deuterio y tritio
26:00supera los 1.500 dólares estadounidenses. Para comparar, el costo del combustible de la
26:05energía de hidrocarburos no supera los 100 dólares por megavatio hora, y eso sin contar los gastos de
26:11capital y de operación, lo que ya pone en duda la viabilidad económica de la idea. Peor aún,
26:17como resultado de la reacción, el 70% de la energía liberada será energía cinética de los neutrones
26:24que salen disparados, los cuales atravesarán el plasma, perforarán las paredes del reactor y se
26:30perderán casi sin ningún beneficio, lo que representa un desperdicio colosal. Existen dos enfoques
26:36fundamentalmente diferentes para resolver el problema del tritio. Por ejemplo, existe la idea
26:41de rodear el toroide del reactor con contenedores especiales, los llamados mantos de litio, que
26:47capturarán los neutrones. Cuando los núcleos de los átomos de litio absorben neutrones, se
26:52descomponen en núcleos de helio 4 y tritio, ese mismo tritio costoso que necesita nuestro reactor
26:58para funcionar y que luego se puede cargar en ese mismo reactor. Esto permitirá reducir el costo
27:03comercial del tritio y al mismo tiempo encontrar un uso útil para los neutrones liberados. Hoy en
27:09día, el potencial de esta solución se está investigando activamente. En particular, se están
27:13preparando activamente experimentos con mantos en el reactor ITER. Pero hay otro camino que es más
27:18prometedor, aunque también más complicado. Se trata de abandonar por completo la reacción de
27:23deuterio tritio y pasar a otros esquemas de combustible. Por ejemplo, el combustible de
27:28deuterio puro es muy prometedor. En él, dos átomos de deuterio forman un átomo de tritio y
27:33un protón extra sale disparado. Y luego, el átomo de tritio entra en la reacción que
27:38ya conocemos bien con un tercer átomo de deuterio. Otro canal es la conversión del deuterio en
27:43helio 3 con la expulsión de un neutrón y luego la reacción del helio 3 con un tercer
27:48núcleo de deuterio para formar el mismo helio 4 y la expulsión de un protón. Este camino
27:54es mucho más prometedor. Para la reacción se necesita deuterio, que es más común y considerablemente
28:00más barato. Además, se generan muchos menos neutrones inútiles, lo que significa que la
28:05producción de energía útil será mayor. De hecho, se puede cargar directamente en el
28:10reactor una mezcla de deuterio y helio 3 para evitar por completo la aparición de neutrones
28:15y la pérdida de energía. Es cierto que en la Tierra casi no se encuentra helio 3, pero
28:20se cree que hay bastante en la Luna, lo que nos da una buena razón para ir allá, y no
28:25solo
28:25para tomar fotos geniales. Y solo hay una desventaja. Todas estas reacciones requieren
28:30condiciones más estrictas que la de deuterio-tritio. Por ejemplo, el combustible de deuterio-deuterio
28:36necesita calentarse al menos a 300 millones de grados para iniciar la reacción, mientras
28:41que el de deuterio-helio necesita al menos 600 millones. Y pues, temperaturas más altas
28:46significan mayor presión, lo que aumenta el problema de confinar el plasma. En resumen, eso
28:51ya será una tecnología de próxima generación. Y en comparación con los reactores de deuterio-deuterio
28:56o, aún más, con los de deuterio-helio, los reactores modernos de deuterio-tritio parecerán
29:02un aparato simple y sencillo. En resumen, la situación actual en el campo de los reactores
29:07de fusión nuclear con confinamiento magnético de plasma es la siguiente. Tenemos buenas posibilidades
29:12de ver las primeras instalaciones de este tipo, que realmente generen energía, ya en esta
29:16década. Si las circunstancias son favorables, los primeros reactores comerciales aparecerán
29:20en unos 20 años, y si no son tan favorables, entre 20 y 30 años. Sin embargo, es probable
29:26que la tecnología de fusión nuclear comience a operar a plena capacidad mucho después.
29:31Y por eso hoy muchos buscan caminos alternativos y otras formas de iniciar reacciones termonucleares
29:37controladas. Y sobre estos métodos y sus perspectivas hablaremos en nuestros próximos
29:42videos. Así que si te interesa el tema de la energía termonuclear, suscríbete al canal
29:47para no perderte los nuevos videos. Además, si en general te gusta lo que estamos haciendo
29:51aquí, puedes ayudarme a desarrollar el canal y mejorarlo aún más convirtiéndote en patrocinador
29:56aquí en YouTube o en las páginas de Patreon o Boosty. El enlace a la última junto con
30:01el código QR debería aparecer ahora en sus pantallas. Además, todos los enlaces necesarios
30:05estarán en la descripción del video. Bueno, eso es todo por hoy de mi parte. Les deseo
30:10todo lo mejor, queridos amigos, y hasta pronto en nuestros próximos videos.