Edilberto Sánchez González

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Edilberto Sánchez González obtuvo la Licenciatura en Ciencias (Físicas) en la Universidad de Salamanca en 1991. En 1992 cursó el Máster en Tecnología Nuclear, organizado por la Universidad Autónoma de Madrid y el CIEMAT. Se doctoró en la Universidad Complutense de Madrid en 1999 con un trabajo de tesis doctoral sobre turbulencia en plasmas de fusión por confinamiento magnético. Desde 2005 es Investigador titular de Organismos Públicos de Investigación en el CIEMAT, donde ha trabajado desde 1993. Actualmente está adscrito a la Unidad de Teoría del Laboratorio Nacional de Fusión y trabaja en la simulación de plasmas con el código girocinético EUTERPE.

¿Crees que la fusión podría llegar a convertirse en la fuerza motriz de los viajes interplanetarios? Si es así, ¿se está desarrollando actualmente algún proyecto en ese sentido?

La fusión nuclear resulta atractiva como fuerza motriz en viajes interplanetarios por la elevada densidad de energía que se produce en estas reacciones por unidad de masa de combustible.

La propulsión espacial se basa en el tercer principio de Newton: principio de acción y reacción. Al expulsar cierta cantidad de masa a gran velocidad la nave es impulsada en el sentido opuesto al de salida del material (masa reactiva). La fuerza impulsora sobre la nave es igual al producto de la masa expulsada por unidad de tiempo por la velocidad de expulsión, conocida también como impulso específico.

El impulso específico caracteriza la eficiencia del método de propulsión. Existen diferentes métodos de propulsión que se diferencian por la forma en que se obtiene la energía para impulsar la masa reactiva, siendo la propulsión a chorro, con propelentes químicos, el método más utilizado hasta el momento en propulsión espacial. El fundamento consiste
en quemar un combustible químico de modo que la energía producida en la combustión impulsa el propelente. La capacidad impulsora está limitada por la densidad de energía producida por unidad de masa de combustible. Puesto que la nave ha de transportar tanto la masa útil como el combustible, que se irá expulsando de forma continua, una mayor eficiencia permite reducir la masa de combustible requerido, y por tanto incrementar la longitud máxima de viaje. Para viajes interplanetarios, el uso de combustibles químicos requeriría una masa ingente, lo que hace este sistema inviable. Se puede sortear esta dificultad aumentando el impulso específico.

Un método de propulsión de gran eficiencia, que se usa ya en diferentes aplicaciones, es la propulsión iónica, con motores de plasma. Esta tecnología, candidata para ser usada en un futuro viaje a Marte (véase por ejemplo el motor VASIMIR), se basa en la aceleración a gran velocidad de una pequeña cantidad de materia ionizada (plasma) por medio de campos electromagnéticos, produciendo un empuje específico muy alto. El inconveniente para viajes interplanetarios es que la potencia de estos motores es pequeña, por lo que el tiempo requerido para el viaje sería muy largo.

Las reacciones nucleares, ya sean de fisión o de fusión, aportan una energía por unidad de masa de combustible consumido mucho mayor que los combustibles químicos (capacidad energética aproximada, por kilogramo de combustible, para varios combustibles: 40 MJ para combustión de gasoil, 130 MJ para combustión de hidrógeno, 5.8 105 MJ para fisión de uranio y 3.4 108 MJ para fusión D-T.), que permitiría aportar un elevado empuje específico y, en principio, una gran potencia, lo que las hace atractivas como propulsor en viajes interplanetarios. La propulsión por fisión implicaría usar como combustible un material fisible de gran masa atómica, que produciría como productos de la fisión fragmentos menos pesados y neutrones, con gran energía. Esta tecnología plantea problemas de seguridad física por el bombardeo neutrónico, lo que obliga a usar un pesado blindaje, y también ambientales, dado que entre los productos de fisión suele haber elementos altamente radiactivos que al ser expulsados en el despegue o planetizaje de la nave producirían contaminación radiactiva.

Los proyectos encaminados a desarrollar un reactor nuclear basado en la fusión de núcleos ligeros (generalmente deuterio y tritio) para producir energía, ya sea por confinamiento magnético o por confinamiento inercial, entrañan gran complejidad y con la tecnología actual, extrapolada a niveles razonables para los próximos años, un reactor de fusión tendría que ser muy grande (varios GW de potencia, véase los proyectos ITER (http://www.iter.org) y NIF (https://lasers.llnl.gov/).), y pesado, que no parece adecuado para ser usado como propulsor de una nave espacial. En un reactor de este tipo, el confinamiento, o recuperación, de la energía producida en las reacciones de fusión para mantener una reacción automantenida es fundamental.

El aprovechamiento final de la energía en estos reactores se basaría, en general, en un ciclo térmico clásico (hay también propuestas alternativas basadas en aprovechamiento eléctrico directo). En propulsión espacial estos dos aspectos serían menos restrictivos, puesto que parte de la energía se iría del sistema en forma de energía cinética de la masa reactiva que impulsaría la nave.

Se han llevado a cabo varios proyectos de propulsores basados en energía de fusión:

El proyecto Daedalus, desarrollado en los años 70 por la British Interplanetary Society, se basaba en la fusión por confinamiento inercial. Una pequeña pastilla de combustible se hace implosionar por medio de haces LASER o haces de iones acelerados, hasta que se produce la reacción de fusión. Si bien un sistema de propulsión de este tipo sería, en principio posible, requeriría una eficiencia que hasta el momento no se ha conseguido en la investigación.

El proyecto Longshot fue desarrollado al final de la década de los 80 por la NASA y la Academia Naval de Estados Unidos. Se basa en la misma idea que Daedalus, la fusión inercial, contando la nave además con un reactor nuclear convencional (de fisión) para alimentar el resto de sistemas.

Más recientemente, desde 2011, la NASA ha financiado un proyecto con el mismo objetivo, el Fusion Driven Rocket, desarrolllado por la empresa MSNW y la universidad de Washington. Se basa el concepto FRC. La idea básica consiste en generar un plasmoide que se comprime usando un campo magnético y se calienta hasta conseguir condiciones para producir reacciones de fusión. La energía producida en la fusión se va como energía cinética de los productos de reacción que actúan como propelente, y además se aprovechan para producir electricidad que se recircula en el sistema.

Dependiendo del tipo de reacción de fusión que se use, se obtienen neutrones de alta energía como productos de fusión (existen reacciones de fusión sin neutrones. Véase por ejemplo https://en.wikipedia.org/wiki/Tri_Alpha_Energy,_Inc), lo que produciría un bombardeo, más agresivo aún que en el caso de la fisión, que hace necesario el uso de un pesado blindaje.