En Xataka hemos hablado en muchas ocasiones de los grandes desafíos a los que se enfrentan los investigadores que trabajan en el ámbito de la fusión nuclear para hacer posible la llegada de las primeras centrales de fusión comerciales. Sin embargo, hay otros retos que por ser aparentemente menos relevantes a menudo pasan desapercibidos. Uno de ellos consiste, sencillamente, en la necesidad de minimizar la cantidad de impurezas y cenizas presentes en la cámara de vacío del reactor, así como de desarrollar la tecnología necesaria para transportarlas hacia el exterior.
Las cenizas e impurezas son el resultado de la fusión de los núcleos de deuterio y tritio, los dos isótopos del hidrógeno que intervienen en la reacción, así como de la interacción del plasma que los contiene con la capa más expuesta del manto. Este último elemento recubre el interior de la cámara de vacío del reactor y tiene un papel crítico. Se encuentra en la primera línea de batalla debido a que está expuesto al impacto directo de los neutrones de alta energía resultantes de la fusión de los núcleos de deuterio y tritio.
El boro es un aliado indispensable de los reactores experimentales de fusión nuclear
Antes de seguir adelante merece la pena que indaguemos brevemente en un componente de los reactores de energía de fusión conocido como 'divertor'. Da forma a la base de la cámara de vacío del reactor, y, si nos ceñimos a ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), el reactor experimental de fusión que está siendo construido en la localidad francesa de Cadarache, está constituido por 54 piezas idénticas de acero inoxidable. Eso sí, todas ellas incorporan unos escudos de tungsteno que se responsabilizan de soportar el bombardeo de los neutrones de alta energía del plasma, transformando su energía cinética en calor. De liberar esta energía térmica y refrigerar el 'divertor' se encarga el agua que circula por su interior.
En cualquier caso, hay una razón de peso por la que ha merecido la pena dedicar unas líneas a este componente: una de sus responsabilidades consiste en purificar el plasma, y para llevarlo a cabo es necesario extraer las cenizas y las impurezas que pueden degradar perceptiblemente la reacción de fusión. No obstante, es posible hacer algo más. Es posible adoptar una estrategia preventiva que permita reducir la cantidad de impurezas procedentes del manto de la cámara de vacío. Esta idea es, precisamente, la que nos invita a reparar en el boro.
El boro es un semimetal, por lo que tiene tanto algunas de las propiedades características de los metales como otras de los no metales
Este elemento químico es un semiconductor, lo que significa que dependiendo de las condiciones de presión, temperatura, radiación u otras a las que lo expongamos, se comportará como un conductor de la corriente eléctrica o como un aislante. Y, además, es un semimetal, por lo que tiene tanto algunas de las propiedades características de los metales como otras de los no metales.
En la corteza terrestre el boro es relativamente escaso. Podemos encontrarlo en rocas como el bórax o la colemanita, que se forman de manera natural debido a la evaporación del agua rica en sales de algunos lagos sometidos a altas temperaturas y ubicados en zonas desérticas. También lo podemos encontrar disuelto en el agua del mar debido a la precipitación de las partículas de boro suspendidas en la atmósfera, así como a la erosión de las rocas que lo contienen y a su circulación a través del ciclo hidrológico, que explica cómo el boro disuelto en agua es transportado hasta los océanos por las escorrentías.
En el dominio de la fusión nuclear el boro tiene un papel absolutamente protagonista. Y es que sus propiedades fisicoquímicas permiten utilizarlo para extender una capa fina de este semimetal por la superficie de los elementos de la cámara de vacío expuestos directamente al plasma con el propósito de reducir significativamente las impurezas e incrementar el rendimiento de la reacción. El proceso de deposición del boro en el interior del reactor se conoce como 'boronización'. Actualmente esta técnica está siendo probada en experimentos alojados en Suiza, Francia y Alemania con muy buenos resultados. De hecho, el boro estará presente con toda seguridad tanto en ITER como en otros reactores de energía de fusión.
Imagen | Jan Michael Hosan / Max Planck Institute for Plasma Physics
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