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Explotando la Luna
Al comienzo del siglo XXI, pocos habrían predicho que para 2007 estaría en marcha una segunda carrera hacia la luna. Sin embargo, los indicios apuntan a que ahora es así. Además, en la carrera lunar actual, a diferencia de la que tuvo lugar entre Estados Unidos y la U.R.S.S.en la década de 1960, está compitiendo una lista completa de potencias globales del siglo XXI, incluidas China e India.
Gases calientes: Investigadores del Instituto de Tecnología de Fusión de la Universidad de Wisconsin-Madison están probando este reactor de fusión, que se muestra con una vista de la red en la que tiene lugar el confinamiento electrostático interial.
Aún más sorprendente es que una de las razones de gran parte del interés parecen ser los planes para extraer helio-3, supuestamente un combustible ideal para los reactores de fusión, pero casi no disponible en la Tierra, de la superficie de la luna. La Visión para la Exploración Espacial de la NASA tiene programado que los astronautas estadounidenses estén de regreso en la luna en 2020 y tengan una base permanente allí para 2024. Si bien la agencia espacial de los EE. UU. No ha anunciado ni negado ningún deseo de extraer helio-3, sin embargo, ha colocado a defensores de minar He3 en posiciones influyentes. Por su parte, Rusia afirma que el objetivo de cualquier programa lunar propio, por lo que vale, la corporación de cohetes Energía Recientemente comenzó a fanfarronear, al estilo soviético, que construirá un base lunar permanente para 2015-2020: extraerá He3.
Los chinos también aparentemente creen que el helio-3 de la luna puede permitir plantas de fusión en la Tierra. Este otoño, la República Popular espera orbitar un satélite alrededor de la luna y luego aterrizar allí un vehículo no tripulado en 2011.
India tampoco tiene la intención de quedarse fuera. (Véase Se disparan las ambiciones espaciales de la India). La primavera pasada, su presidente, A.P.J. Kalam y su primer ministro, Manmohan Singh, hicieron importantes discursos afirmando que, además de construir colectores solares gigantes en órbita y en la luna, la democracia más grande del mundo también tiene la intención de extraer He3 de la superficie lunar. La investigación de la India, Chandrayaan-1 , despegará el próximo año, e ISRO, la Organización de Investigación Espacial de la India, está hablando de enviar Chandrayaan-2 , un rover de superficie, en 2010 o 2011. Simultáneamente, Japón y Alemania también están haciendo ruido sobre el lanzamiento de sus propias misiones lunares en ese momento, y hablando de la posibilidad de extraer He3 y traerlo de vuelta a los reactores nucleares basados en fusión de combustible en Tierra.
¿Podría el He3 de la luna ser realmente una solución viable para nuestras necesidades energéticas en la Tierra? Actualmente, se prevé que la fusión nuclear práctica esté a cinco décadas de retraso, la misma predicción que se hizo en la conferencia Atoms for Peace de 1958 en Bruselas. Si la fecha de llegada de la energía de fusión se ha mantenido constantemente a 50 años desde 1958, ¿por qué el helio-3 de repente haría más factible la energía de fusión?
Los defensores de la fusión basada en He3 señalan el hecho de que los esfuerzos actuales para desarrollar la generación de energía basada en la fusión, como la ITER megaproyecto, utilice el ciclo de combustible deuterio-tritio, que es problemático. (Consulte Investigación internacional sobre fusión). El deuterio y el tritio son isótopos de hidrógeno y, cuando se fusionan en un plasma sobrecalentado, dos núcleos se unen para crear un núcleo de helio, que consta de dos protones y dos neutrones, y un neutrón de alta energía. . Una reacción de fusión de deuterio-tritio libera el 80 por ciento de su energía en una corriente de neutrones de alta energía, que son altamente destructivos para cualquier cosa que golpeen, incluida la vasija de contención de un reactor. Dado que el tritio es altamente radiactivo, la contención es un gran problema, ya que las estructuras se debilitan y necesitan ser reemplazadas. Por lo tanto, cualquier material que se use en una planta de energía de fusión de deuterio-tritio tendrá que soportar un castigo serio. Y si eso es posible, cuando ese reactor de fusión finalmente se desmantele, todavía habrá muchos desechos radiactivos.
Los defensores del helio-3 afirman que, a la inversa, no sería radiactivo, lo que evitaría todos esos problemas. Pero un crítico serio ha acusado que, en realidad, la fusión basada en He3 ni siquiera es una opción factible. En la edición de agosto de Mundo de la física , el físico teórico Frank Close, de Oxford en el Reino Unido, ha publicado un artículo titulado Miedos a los hechos en el que, entre otras cosas, resume algunas afirmaciones de los aficionados al helio y luego las descarta como esencialmente una fantasía.
Close señala que en un tokamak, una máquina que genera un campo magnético en forma de rosquilla para confinar los plasmas sobrecalentados necesarios para la fusión, el deuterio reacciona hasta 100 veces más lentamente con el helio-3 que con el tritio. En un plasma contenido en un tokamak, Close destaca que todos los núcleos del combustible se mezclan, por lo que lo más probable es que dos núcleos de deuterio se fusionen rápidamente y produzcan un núcleo de tritio y un protón. Ese tritio, a su vez, probablemente se fusionará con el deuterio y finalmente producirá un átomo de helio-4 y un neutrón. En resumen, dice Close, si se extrae helio-3 de la luna y se lleva a la Tierra, en un tokamak estándar, el resultado final seguirá siendo la fusión deuterio-tritio.
En segundo lugar, Close rechaza la afirmación de que dos núcleos de helio-3 podrían fusionarse entre sí de manera realista para producir deuterio, una partícula alfa y energía. Esa reacción ocurre incluso más lentamente que la fusión deuterio-tritio, y el combustible tendría que calentarse a temperaturas imprácticamente altas (seis veces el calor del interior del sol, según algunos cálculos) que estarían más allá del alcance de cualquier tokamak. Por lo tanto, concluye Close, la historia lunar-helio-3 es, en mi opinión, luz de luna.
Sin embargo, la objeción de Close asume que la fusión deuterio-helio-3 y la fusión de helio-3 puro se llevarían a cabo en reactores basados en tokamak. Puede haber alternativas: por ejemplo, Gerald Kulcinski , profesor de ingeniería nuclear en la Universidad de Wisconsin-Madison, ha mantenido el único reactor de fusión de helio-3 del mundo con un presupuesto anual de apenas seis cifras.
El reactor de fusión basado en He3 de Kulcinski, ubicado en el Instituto de Tecnología de Fusión de la Universidad de Wisconsin, es muy pequeño. Cuando se ejecuta, contiene un plasma esférico de aproximadamente 10 centímetros de diámetro que puede producir una fusión sostenida con 200 millones de reacciones por segundo. Para producir un milivatio de energía, desafortunadamente, el reactor consume un kilovatio. La respuesta de Close es, por lo tanto, suficientemente válida: cuando se produce una fusión práctica con una potencia neta demostrada, yo, y la comunidad mundial de la fusión, podemos tomar nota.
Aún así, esa crítica se aplica igualmente al ITER y al esfuerzo del reactor basado en tokamak, que tampoco han alcanzado aún el punto de equilibrio (el punto en el que un reactor de fusión produce tanta energía como consume). Lo importante del reactor en Wisconsin es que, como dice Kulcinski, estamos haciendo reacciones deuterio-He3 y He3-He3. Realizamos reacciones de fusión de deuterio-He3 a diario, por lo que estamos muy familiarizados con esa reacción. También estamos haciendo He3-He3 porque si podemos controlar eso, tendrá un potencial inmenso.
El reactor del Fusion Technology Institute utiliza una tecnología llamada confinamiento electrostático inercial (IEC). Kulcinski explica: Si usáramos un tokamak para hacer deuterio-helio-3, tendría que ser más grande que el dispositivo ITER, que ya está ampliando los límites de la credibilidad. Nuestros dispositivos IEC, por otro lado, son del tamaño de una mesa, y durante nuestras corridas de deuterio-He3, obtenemos algunos neutrones producidos por reacción secundaria con deuterio. Sin embargo, continúa Kulcinski, cuando ocurren reacciones secundarias que involucran la fusión de dos núcleos de deuterio para producir un núcleo de tritio y un protón, el tritio producido tiene un nivel de energía tan alto que el sistema de confinamiento que escapa de inmediato. En consecuencia, la radiactividad en nuestro sistema deuterio-He3 es solo el 2 por ciento de la radiactividad en un sistema deuterio-tritio.
Más significativa es la reacción de fusión He3-He3 que Kulcinski y sus asistentes producen con su reactor basado en IEC. En el reactor de Kulcinski, dos núcleos de helio-3, cada uno con dos protones y un neutrón, se fusionan para producir un núcleo de helio-4, que consta de dos protones y dos neutrones, y dos protones muy energéticos.
He3-He3 no es una reacción fácil de promover, dice Kulcinski. Pero la fusión He3-He3 tiene el mayor potencial. Eso es porque el helio-3, a diferencia del tritio, no es radiactivo, lo que, en primer lugar, significa que el reactor de Kulcinski no necesita la vasija de contención masiva que requiere la fusión deuterio-tritio. En segundo lugar, los protones que produce, a diferencia de los neutrones producidos por las reacciones deuterio-tritio, poseen cargas y pueden ser contenidos mediante campos eléctricos y magnéticos, lo que a su vez da como resultado la generación directa de electricidad. Kulcinski dice que uno de sus asistentes graduados en el Fusion Technology Institute está trabajando en un dispositivo de estado sólido para capturar los protones y convertir su energía directamente en electricidad.
Aún así, el reactor de Kulcinski demuestra solo la viabilidad teórica y las ventajas de la fusión He3-He3, cuya viabilidad comercial se encuentra décadas en el futuro. Actualmente, dice, el Departamento de Energía nos dirá: 'Haremos que la fusión funcione. Pero nunca volverás a la luna, y esa es la única forma en que obtendrás cantidades masivas de helio-3. Así que olvídalo '. Mientras tanto, la gente de la NASA nos dice:' Podemos conseguir el helio-3. Pero nunca logrará que la fusión funcione ''. Por lo tanto, el DOE no cree que la NASA pueda hacer su trabajo, la NASA no cree que el DOE pueda hacer su trabajo y estamos en el medio tratando de que los dos funcionen juntos. En este momento, la financiación de Kulcinski proviene de dos personas adineradas que, dice, solo están interesadas en la investigación y no esperan obtener ganancias financieras.
En general, entonces, el helio-3 es no la fruta madura entre los combustibles potenciales para crear energía de fusión práctica, y es una que tendremos que llegar a la luna para arrancar. Dicho esto, si se puede realizar la energía de fusión pura basada en He3, tendría inmensas ventajas.