Las tecnologías que las personas utilizan a diario, desde los automóviles eléctricos hasta los centros de datos de inteligencia artificial (IA), exigen un consumo cada vez mayor de electricidad. En teoría, la fusión nuclear —un proceso que fusiona átomos y libera calor para hacer funcionar generadores— podría proporcionar enormes cantidades de energía con emisiones mínimas. Pero la fusión nuclear es una opción costosa, ya que uno de sus principales combustibles es una versión poco común del hidrógeno llamada tritio. Ahora, un grupo de investigadores está desarrollando nuevos sistemas para utilizar residuos nucleares con el fin de producir tritio.
Terence Tarnowsky, físico del Laboratorio Nacional de Los Almos (LANL), presentará sus resultados en la reunión de otoño de la American Chemical Society (ACS). El encuentro de otoño de 2025 de la ACS, que se realizó del 17 al 21 de agosto, incluyó unas 9000 presentaciones sobre diversos temas científicos.
Las centrales nucleares actuales generan energía a través de un proceso denominado fisión nuclear. Durante este proceso, un átomo de plutonio o uranio se divide para liberar energía y partículas llamadas neutrones, que a su vez dividen en más átomos. Esta reacción en cadena de fisión proporciona un flujo constante de energía, pero también genera residuos nucleares de larga duración.
El tritio
Las centrales eléctricas de fusión nuclear propuestas generarían energía a partir de la combinación de núcleos atómicos. Mediante la fusión, formas de hidrógeno llamadas deuterio y tritio se unirían para crear átomos más pesados. Este proceso, que alimenta a las estrellas en el universo, libera una gran cantidad de energía y, a diferencia de la fisión, produce muy pocos residuos radiactivos.
Si bien el deuterio se puede obtener de forma sencilla, los EEUU actualmente carecen de un suministro seguro y predecible de tritio. “En este momento, el valor comercial del tritio es de unos USD 15 millones por libra (USD 33 millones de dólares por kilogramo), y Estados Unidos no tiene capacidad interna para producirlo”, afirma Tarnowsky. “Entonces, tenemos una escasez de suministro de tritio”.
El tritio se encuentra de forma natural en la atmósfera superior. Y la principal fuente comercial actual son los reactores de fisión de Canadá. “El inventario total de tritio en el planeta es de aproximadamente 55 libras, con un margen de más o menos 31 libras [25 kilogramos con un margen de más o menos 14 kilogramos]”, señala Tarnowsky. “Haciendo algunas suposiciones, 55 libras [25 kilogramos] de tritio son suficientes para abastecer de energía a más de 500.000 hogares durante seis meses. Esto supera el número de unidades residenciales de Washington D. C.”.
¿Qué hacer con los residuos?
A diferencia de sus reservas de tritio, Estados Unidos tiene miles de toneladas de residuos nucleares producidos por centrales nucleares comerciales. Estos contienen materiales altamente radiactivos que requieren un almacenamiento costoso para poder contenerlos de forma segura. El almacenamiento a largo plazo genera preocupación por las fugas radiactivas hacia el medio ambiente, que podrían dañar la flora y la fauna o provocar cáncer en los seres humanos.
Ante esta situación, Tarnowsky vio la oportunidad de evaluar la viabilidad del uso de residuos nucleares aún radiactivos para generar el valioso tritio. Ha realizado varias simulaciones por ordenador de posibles reactores de tritio para evaluar la producción y la eficacia energética de los diseños.
Los diseños de reactores simulados utilizan un acelerador de partículas para iniciar reacciones de fisión atómica en los residuos nucleares. A medida que los átomos se dividen en la simulación, liberan neutrones y, finalmente, producen tritio tras una serie de otras transiciones nucleares. La función del acelerador permitiría a los operadores activar o desactivar estas reacciones y se considera más segura que las reacciones en cadena que se producen en una central nuclear típica. Aunque los principios básicos del diseño no son nuevos, los avances en la tecnología podrían hacerlo más eficaz que cuando se planteó por primera vez en la década de 1990 y a principios de la de 2000, según Tarnowsky.
Hasta ahora, calcula que este sistema teórico, que funciona con 1 gigavatio de energía, o el consumo energético anual total de 800.000 hogares estadounidenses, podría producir cerca de 4,4 libras (2 kilogramos) de tritio al año. Esta cantidad es comparable con la producción anual total de todos los reactores de Canadá. Una ventaja clave del sistema de Tarnowsky sería la eficacia de la producción de tritio. Proyecta que el diseño produciría más de 10 veces la cantidad de tritio que produce un reactor de fusión con la misma energía térmica.
Reducir costes
A continuación, Tarnowsky calculará el coste en dólares de la producción de tritio una vez que disponga de cálculos más precisos sobre la eficacia del reactor. Perfeccionará las simulaciones para evaluar con mayor precisión la eficacia y la seguridad del diseño del reactor, cuyos componentes, en su mayoría, se han diseñado anteriormente, pero aún no se han combinado de esta manera.
Por ejemplo, tiene previsto desarrollar un nuevo código para un modelo que envuelve los residuos nucleares con sal de litio fundida, un diseño consolidado para reactores con combustible de uranio que solo se ha utilizado en experimentos científicos. Las propiedades refrigerantes de la sal ofrecen una medida de seguridad potencial, y la configuración dificultaría la extracción de los residuos para el desarrollo de armas. El objetivo final es que el modelo ayude a los responsables de la toma de decisiones a comprender qué simulación tiene mayor potencial para su futura implementación.
Todo esto puede parecer complejo, pero para Tarnowsky, forma parte de un plan para utilizar la tecnología existente con el fin de reducir los costes. “Las transiciones energéticas son un proceso costoso, y siempre que sea posible simplificarlas, debemos intentarlo”, afirma.
La investigación fue financiada por el Laboratorio Nacional de Los Álamos (Los Alamos National Laboratory) y la Administración Nacional de Seguridad Nuclear (National Nuclear Security Administration).
Visite el programa de la ACS Fall 2025 para obtener más información sobre esta presentación, “On-ramping the fusion economy with kilogram quantities of commercial tritium” y otras presentaciones científicas.
LuisB
06/09/2025