En fusión nuclear hay un problema del que no se está hablando lo suficiente. Y lo provoca el deuterio

En fusión nuclear hay un problema del que no se está hablando lo suficiente. Y lo provoca el deuterio

El deuterio es un elemento químico muy especial. Este isótopo se diferencia del protio, la encarnación del hidrógeno más abundante en el universo, en solo una cosa: tiene un neutrón en su núcleo. El protio no tiene ninguno; solo un protón y un electrón orbitando en torno a él. El núcleo del deuterio, sin embargo, está constituido por dos nucleones: un protón y un neutrón. Sea como sea lo que nos ha invitado a dedicarle este artículo no es otra cosa que su participación en el combustible empleado en los reactores experimentales de fusión nuclear.

Para producir energía estas sofisticadísimas máquinas, en particular las que recurren al confinamiento magnético, como ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), el reactor experimental que un consorcio internacional liderado por Europa está construyendo en la localidad francesa de Cadarache, o el reactor japonés JT-60SA, confinan en el interior de una cámara de vacío un gas extremadamente caliente. Lo interesante de este plasma es que puede rebasar los 150 millones de grados Celsius, y, sobre todo, que contiene los núcleos de deuterio y tritio involucrados en la reacción de fusión nuclear.

El tritio es otro isótopo del hidrógeno. Tiene dos neutrones en su núcleo, y, a diferencia del protio y el deuterio, es inestable. Y, por lo tanto, radiactivo. En estas circunstancias parece razonable intuir que el deuterio es inofensivo, pero no lo es. No lo es en absoluto. De hecho, sus núcleos tienen la capacidad de interaccionar con los metales más expuestos de la cámara de vacío del reactor, degradándolos. Los escudos térmicos de esta máquina están hechos de tungsteno, y, curiosamente, el deuterio y el tungsteno interaccionan de una forma sorprendente.

El boro puede ayudar a romper la afinidad entre el tungsteno y el deuterio

Los investigadores de ITER han descubierto algo muy interesante: el tungsteno que ha absorbido núcleos de deuterio lentos, que son los que no han adquirido previamente mucha energía, tiene la capacidad a posteriori de absorber más núcleos de deuterio de movimiento rápido. Tomi Vuoriheimo es uno de los físicos de materiales de EUROfusion que está investigando para tratar de entender por qué se produce este fenómeno y en qué medida puede alterar la estructura de los escudos de tungsteno, y, por tanto, también acortar su vida útil.

Todavía queda mucho trabajo por hacer en este ámbito, pero los investigadores que trabajan en el complejísimo terreno de la energía de fusión tienen algo muy importante a su favor: la boronización. El boro es un semiconductor, lo que significa que dependiendo de las condiciones de presión, temperatura, radiación u otras a las que lo expongamos, se comportará como un conductor de la corriente eléctrica o como un aislante. Y, además, es un semimetal, por lo que tiene tanto algunas de las propiedades características de los metales como otras de los no metales.

Lo curioso es que en el dominio de la fusión nuclear el boro tiene un papel absolutamente protagonista. Y es que sus propiedades fisicoquímicas permiten utilizarlo para extender una capa fina de este semimetal por la superficie de los elementos de la cámara de vacío expuestos directamente al plasma con el propósito de reducir significativamente las impurezas e incrementar el rendimiento de la reacción. El proceso de deposición del boro en el interior del reactor se conoce, precisamente, como 'boronización'.

Tomi Vuoriheimo y otros investigadores sospechan que el boro puede resultar un aliado muy valioso a la hora de limitar drásticamente la absorción de núcleos de deuterio por parte del tungsteno que está expuesto directamente al plasma del reactor. De hecho, este físico viajará próximamente a Rumanía con el propósito de aplicar técnicas computacionales que ayuden a los investigadores de EUROfusion a modelar y predecir la penetración del deuterio. Solo así será posible resolver de una vez por todas uno de los muchos desafíos a los que se enfrenta esta tecnología para conseguir que la energía de fusión esté disponible en el futuro de forma comercial.

Imagen | Fusion For Energy

Más información | EUROfusion

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La noticia En fusión nuclear hay un problema del que no se está hablando lo suficiente. Y lo provoca el deuterio fue publicada originalmente en Xataka por Juan Carlos López .