El “secreto” del Litio: Fusión Nuclear

En los laboratorios de vanguardia que investigan la fusión nuclear y su recreación controlada, el litio, como productor de tritio, se ha convertido en una pieza clave en la construcción de un «Sol en la Tierra».

Por Bruno Sommer Catalán

El litio ha sido considerado como un material fundamental para el desarrollo de futuros reactores de fusión nuclear. Estos reactores utilizarían, principalmente, deuterio y tritio como combustibles; éste último, que es escaso en la naturaleza, se obtendría irradiando litio 6 con neutrones. El litio actuaría como productor de tritio, permitiendo además su empleo como un excelente refrigerante y medio de transporte, debido a su alta capacidad calórica.

En Chile, con el desarrollo en pleno de una Estrategia Nacional del Litio, que gravita en un acuerdo a puertas cerradas del Estado con SQM, poco se ha profundizado sobre el aspecto nuclear y de futuros relacionados con el litio.

Vamos por partes.

Deuterio y tritio: Isótopos del hidrógeno

El Deuterio y el tritio son dos isótopos del hidrógeno, y ambos son cruciales en los intentos de desarrollar energía a partir de fusión nuclear, una tecnología que promete ser una fuente limpia y casi ilimitada de energía por la que las grandes potencias del mundo están en competencia.

El Deuterio (D), es un isótopo estable del hidrógeno, en el que el núcleo contiene un protón y un neutrón, a diferencia del hidrógeno común, cuyo núcleo solo contiene un protón. El deuterio se encuentra naturalmente en el agua, y aproximadamente 1 de cada 6,400 átomos de hidrógeno es deuterio. La proporción es bastante alta, lo que hace que el deuterio sea relativamente abundante y accesible.

Por su parte el Tritio (T), es un isótopo radiactivo del hidrógeno, con un protón y dos neutrones en su núcleo. A diferencia del deuterio, el tritio no se encuentra en la naturaleza en grandes cantidades, ya que tiene una vida media de 12.3 años y se desintegra. El tritio se produce en reactores nucleares o mediante la interacción de litio con neutrones de alta energía.

Es importante entender que el tritio se produce cuando litio-6 (un isótopo estable del litio) o litio-7 (el isótopo más común) interactúan con neutrones de alta energía generados en las reacciones de fusión. Este proceso se denomina «producción de tritio por activación de litio», y tiene lugar dentro del reactor de fusión.

RECUADRO

• Reacción de Producción de Tritio: Las reacciones principales son:
• Litio-6 con un neutrón:

6Li+n→4He+T^6Li + n \rightarrow ^4He + T6Li+n→4He+T

Aquí, el litio-6 (Li) reacciona con un neutrón (n) para formar helio-4 (^4He) y tritio (T).

• Litio-7 con un neutrón:

7Li+n→4He+T+n^7Li + n \rightarrow ^4He + T + n7Li+n→4He+T+n

El litio-7 también puede reaccionar con un neutrón para producir helio-4, tritio y un neutrón adicional.

El rol del litio en la fusión nuclear

El litio juega un papel crucial en los reactores de fusión nuclear, no solo porque produce tritio, sino también porque actúa como un material para el «blanket» (envolvente del reactor). El blanket es una capa que rodea el núcleo del reactor, donde ocurren las reacciones de fusión. Esta capa tiene varias funciones:

1. Producir Tritio: El blanket, que contiene litio, captura los neutrones de alta energía generados durante las reacciones de fusión y los usa para producir tritio, que es necesario para continuar el ciclo de fusión.
2. Absorber energía: El blanket también absorbe parte de la energía liberada durante la fusión, que luego se utiliza para calentar un fluido, como el agua o el helio, para generar electricidad.
3. Proteger las paredes del reactor: Los neutrones de alta energía pueden dañar las paredes del reactor, por lo que el blanket ayuda a proteger la estructura del reactor de estos impactos.

Países y laboratorios que utilizan litio para fusión nuclear

Aunque la información precisa sobre qué países están comprando litio específicamente para fusión nuclear no está fácilmente disponible, sí se sabe que varios países que están desarrollando reactores de fusión nuclear tienen planes de utilizar litio en sus reactores. Algunos de los principales laboratorios y proyectos de fusión nuclear en el mundo son:

• ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) – Francia: El ITER, termino que en latín significa “camino”, es el proyecto más grande de fusión nuclear experimental en el mundo instalado en un campo de más de 180 hectáreas. Aunque ITER está en construcción, se espera que use litio en su blanket para producir tritio y absorber los neutrones generados durante la fusión. El ITER ha recibido soporte financiero y técnico de varios países, incluidos la Unión Europea, Japón, Rusia, China, India, Corea del Sur y Estados Unidos.

• National Ignition Facility (NIF) – Estados Unidos: El NIF, en el Lawrence Livermore National Laboratory, se centra en la fusión nuclear por láser y también investiga el uso de litio como parte de sus materiales para tritio.

• Step – Reino Unido: El Tokamak Esférico para la Producción de Energía, arrancó en 2019 con la financiación del gobierno británico, que destinó 200 millones de libras (más de 227 millones de euros) para la primera fase de desarrollo. Esa fase debería terminar en 2024 con la finalización del diseño conceptual.
• EAST- El tokamak superconductor avanzado experimental o el «sol artificial» de la República Popular China. El EAST está ubicado en el Instituto de Física de Plasma de la Academia China de Ciencias (ASIPP) en Hefei.

Como ha constatado el Departamento de Energía norteamericano “La fusión se ha convertido en una carrera global”, una que está en pleno desarrollo, donde el litio juega un rol muy importante y del cual existe en Chile abundancia y de muy buena calidad poniéndolo como un foco de atención en la geopolítica mundo.

Para cerrar esta entrega se me hace interesante compartir la mirada que tiene Fusion for Energy (F4E) para explicar, de la forma más sencilla posible, lo que es la fusión.

“La fusión es la energía que alimenta las estrellas. Nuestro Sol es un gigantesco dispositivo de fusión,el más grande de nuestro sistema solar. En el núcleo del Sol, los átomos de hidrógeno se mueven a una velocidad increíble. Los átomos ligeros de hidrógeno se fusionan para formar un átomo más pesado de helio. La reacción libera una gran cantidad de energía en forma de luz y calor.  Para reproducir la reacción de fusión, necesitamos dos tipos de hidrógeno: deuterio y tritio. Pero como ambos tienen carga positiva, tienden a repelerse entre sí.

En el Sol, debido a la fuerte gravedad, los átomos de hidrógeno se fusionan a 15 millones de °C. Sin embargo, en la Tierra, debido a las fuerzas gravitacionales más débiles, necesitan calentarse a temperaturas de hasta 150 millones de °C para colisionar.”, explican en resumidas cuentas.

Por Bruno Sommer Catalán

*Publicado originalmente en Diario Red