La fusión nuclear nos promete energía limpia y prácticamente ilimitada, pero lleva décadas atascada por un obstáculo difícil de sortear: el combustible. Los reactores tokamak, los más frecuentes en los proyectos experimentales, funcionan fusionando deuterio y tritio, dos isótopos del hidrógeno que al combinarse liberan un núcleo de helio y un neutrón que sale despedido con una energía de unos 14 MeV (megaelectronvoltios).
El problema es que el tritio es un isótopo extraordinariamente escaso en la Tierra. Solo se forma de manera natural en la atmósfera debido a la interacción de los rayos cósmicos, y en cantidades ínfimas. En este escenario para que la fusión nuclear tenga futuro como fuente de energía real los científicos necesitan encontrar una estrategia eficiente que les permita producir tritio de una forma artificial y sostenible.
Este es el contexto en el que está llamando mucho la atención la última investigación que han realizado a cuatro manos Cleveland Clinic, el Laboratorio Nacional Oak Ridge, el Centro de Investigación T.J. Watson de IBM y la Universidad Estatal de Michigan, todos ellos en EEUU. Y es que por primera vez un equipo de científicos ha utilizado un ordenador cuántico para identificar las configuraciones moleculares del material que hace de «manta reproductora» de tritio dentro de un reactor de fusión nuclear.
FLiBe: la sal fundida que puede salvar a la fusión
El material identificado por esta máquina cuántica se llama FLiBe, y es una sal fundida compuesta por fluoruro de litio y fluoruro de berilio. Dentro de un reactor tokamak los neutrones liberados por el plasma de fusión impactan sobre esta sal fundida que recubre las paredes internas de la cámara de vacío, y es este proceso el responsable de producir el tritio. Encontrar la configuración óptima de FLiBe es la clave para que la producción de combustible sea viable a escala industrial.
Este enfoque permite descartar de antemano las opciones menos prometedoras, ahorrando tiempo y dinero
Un apunte breve antes de seguir adelante: la técnica empleada por estos investigadores se conoce como computación cuántica centrada en supercomputación, y es la misma que Cleveland Clinic ha utilizado con anterioridad para simular configuraciones de proteínas de miles de átomos. Aplicarla ahora a la química de materiales de fusión es una novedad.
El resultado de esta estrategia ha sido la identificación de nueve configuraciones moleculares distintas del material FLiBe, cada una con su propia estructura electrónica, comportamiento atómico y fortaleza de enlace molecular. Tom Beck, un químico computacional del Laboratorio Oak Ridge, ha explicado que los ordenadores cuánticos son unas herramientas esenciales para acelerar los ciclos de descubrimiento y diseño necesarios para producir suficiente tritio con el que alimentar los reactores de fusión.
No obstante, es importante que moderemos nuestras expectativas. Las nueve configuraciones son, por ahora, simulaciones, y todavía tienen que validarse en el laboratorio antes de dar el salto a un reactor real. Lo que sí permite este enfoque es descartar de antemano las opciones menos prometedoras, ahorrando tiempo y dinero en experimentos que de otro modo podrían no llevar a ningún sitio. Jerry Chow, investigador de IBM, ha añadido que estos resultados refuerzan la idea de que la computación cuántica ya es una herramienta práctica capaz de resolver problemas que durante años se les han resistido a químicos e ingenieros.
La fusión nuclear por ahora sigue sin tener una solución cerrada para su problema de combustible. Sin embargo, por primera vez un ordenador cuántico ha puesto sobre la mesa materiales candidatos concretos con los que empezar a resolver este enorme desafío.
Imagen | Fusion for Energy (F4E)
Más información | Science Alert
