Dr. José Manuel Nieto Jalil
Director del Departamento Regional de Ciencias en la Región Centro-Sur Tecnológico de Monterrey Campus Puebla
El descubrimiento de la superconductividad el 8 de abril de 1911 por el físico neerlandés Heike Kamerlingh Onnes, cuando observó que la resistencia eléctrica del mercurio desaparecía cuando se enfriaba a 4 Kelvin (-269 °C), propició la posibilidad de obtener energía de forma ilimitada como lo hacen las estrellas.
A partir de ese momento, la comunidad científica ha intentado obtener resultado a mayores temperaturas, pero no fue posible. Sin embargo, entre los años 1986 y principios del 1987, el grupo de investigadores del laboratorio de IBM en Zúrich (Suiza) descubrió que ciertos óxidos cerámicos podían ser superconductores a temperaturas tan altas como -181 °C, y lo que es importante, por encima de la temperatura de ebullición del nitrógeno líquido, que es de -196 °C, por lo que la superconductividad mostró una nueva faceta con estos descubrimientos y a partir de ese momento se les conoce como superconductores de alta temperatura crítica.
El fenómeno de la superconductividad es un fenómeno cuántico que se manifiesta macroscópicamente como la pérdida de la resistencia eléctrica por debajo de una temperatura crítica, en ciertos materiales que llamamos superconductores y constituye uno de los fenómenos físicos que mayor atención ha recibido por la comunidad de físicos desde su descubrimiento.
Por otra parte, la superconductividad es un fenómeno caracterizado por dos propiedades exóticas que le convierten en extremadamente interesante para varias aplicaciones: por una parte, se caracteriza por conferir resistencia cero, con lo cual una corriente eléctrica no se encuentra con oposición y no experimenta pérdidas de energía. Por otra parte, genera un campo magnético capaz de hacer levitar imanes sobre un material superconductor, a través del llamado efecto Meissner.
El gran avance en la década de 1980 llevó a la frenética suposición de que la superconductividad a temperatura ambiente podría ser viable. Actualmente se continúa con la búsqueda y el descubrimiento de superconductores con temperaturas críticas cada vez más altas en todo tipo de materiales y en condiciones extremas de presión.
En paralelo con el descubrimiento de la superconductividad aparecieron los primeros imanes superconductores y la posibilidad de conquistar la energía de las estrellas. Los imanes superconductores pueden producir campos magnéticos mayores que los electroimanes convencionales más poderosos y pueden ser más económicos de operar ya que no se disipa energía en forma de calor en sus bobinados.
Estos resultados permitieron a los científicos comenzar a trabajar en la construcción de reactores de fusión capaces de desencadenar en su interior reacciones nucleares parecidas a las que ocurren dentro de las estrellas y por supuesto, en el futuro producir increíbles cantidades de energía limpia. Pero uno de los problemas insalvables de esta tecnología surge porque hacerlo requiere mantener plasma (gas caliente y cargado) en temperaturas tan elevadas que la única forma de confinarlo en un recipiente es atarlo a un campo magnético muy intenso.
La energía de fusión consiste en la fusión de dos átomos pequeños creando uno más grande. De esta reacción se libera una enorme cantidad de energía, como ocurre en la mayoría de las estrellas.
Varios proyectos de investigación han estado trabajando en los últimos años, sin embargo, en estos momentos destaca el caso de un nuevo super imán anunciado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) que junto con la compañía Commonwealth Fusion Systems (CFS), ha anunciado la creación de un gran electroimán superconductor de alta temperatura que ha conseguido elevar su potencia hasta una intensidad de campo de 20 teslas, el campo magnético más poderoso en su tipo jamás creado en la Tierra.
Este anuncio, constituye un nuevo avance en el camino para construir la primera planta de energía de fusión comercial que haga realidad la promesa de una energía casi ilimitada, limpia, segura y a bajo coste. La cantidad de energía disponible en caso de lograrse en los próximos años es realmente revolucionaria basada fundamentalmente por el hecho que el combustible que utilizan estas centrales proviene del agua. Nuestro planeta está lleno de agua, es un recurso casi ilimitado.
Es importante destacar, que los reactores de fusión, en realidad, no provocan exactamente la misma reacción de fusión que las que ocurren en las estrellas.
Ellas utilizan hidrógeno simple para desencadenar el proceso, mientras que en la Tierra se usan núcleos con hidrógeno especial: deuterio y tritio. Además, el Sol produce este fenómeno por la acción de su enorme gravedad, gracias a altísimas presiones.
En la Tierra no poseemos ese mecanismo, por lo que los científicos se afanan en encontrar otros métodos para almacenar el gas en estado de plasma a altísimas temperaturas, del orden de 100 a 200 millones de grados centígrados (lo que es paradójico, porque en el Sol se registran cifras más bajas, si bien su enorme gravedad compensa esta diferencia).
El desarrollo de un imán lo suficientemente poderoso para contenerla es uno de los principales escollos de esta tecnología. Avances como el del propio MIT o hace unos meses el reportado por del ITER, siglas en inglés de Reactor Termonuclear Experimental Internacional, albergará el plasma caliente dentro de una estructura llamada tokamak, constituyen los primeros pasos hacia la resolución del problema.
El diseño del MIT, está basado en una serie de artículos científicos publicados el pasado año en la revista Journal of Plasma Physics. Los artículos mostraron que, si los imanes funcionaban como se esperaba, todo el sistema de fusión debería producir una potencia neta, por primera vez en décadas de investigación sobre la fusión.
El sueño podría estar a punto de convertirse en realidad. Ahora, después de décadas de intenso trabajo, resultados contradictorios, de diseños y fabricaciones, podríamos estar ya a las puertas del primer reactor nuclear de fusión viable, uno que produzca más energía de la que consume y muy pronto podremos decir que el hombre puede dominar la energía de las estrellas.
En días pasado el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de Estados Unidos confirmó que lograron generar una fusión nuclear que produjo más energía de la que necesitaba para arrancar el sistema. Recordemos que, en agosto de 2021, gracias al más potente láser jamás concebido instalado en el Centro Nacional de Ignición (NIF, por sus siglas en inglés) se acercaron a este resultado obtenido en esta ocasión. Un año y medio después, la ilusión se ha tornado en realidad: finalmente, han conseguido generar más energía con la reacción de la que se necesita para activarla. Un hito histórico aplaudido por toda la comunidad científica.
Lograr una fuente de energía estable, barata, limpia y virtualmente infinita marcaría un antes y un después para la humanidad. La fusión es la fuente de energía más prometedora hasta la fecha: limpia, sostenible, infinita, inagotable, porque el combustible básico es el deuterio, que está en el agua del mar en grandes cantidades.
