Fusión nuclear: cómo se genera la energía de las estrellas y por qué podría ser una energía del futuro

Creado: 5.10.2026 | 11:40 Actualizado: 5.10.2026 | 11:40

La energía de las estrellas y del futuro

Cuando hablamos de fusión nuclear, son muchas las preguntas que pueden venirnos a la cabeza: ¿cómo surge la idea de la fusión?, ¿cuál es su origen?, ¿qué bases físicas la sustentan? Estas son preguntas básicas sobre una tecnología y una energía que últimamente han cobrado gran importancia, llegando incluso a copar grandes titulares en los periódicos nacionales e internacionales presentándola como la energía del futuro.

Al preguntarnos qué es la fusión nuclear, en cualquier artículo o charla de divulgación la respuesta es tan concisa como poética: la energía nuclear es la «energía de las estrellas». Pero ¿qué significa realmente esta afirmación y qué relación tienen las estrellas con todo esto?

En primer lugar, debemos comenzar diciendo que la energía nuclear aprovecha la diferencia, o mejor dicho, el defecto de masa que aparece cuando dos núcleos ligeros se unen para formar uno más pesado o viceversa. La equivalencia entre masa y energía se expresa en la famosa ecuación E = m·c², que Einstein presentó en su ensayo de 1905 titulado «¿Depende la inercia de un cuerpo de su contenido de energía?». En las reacciones nucleares, el defecto de masa se relaciona con la energía liberada de acuerdo con esta equivalencia.

El proceso de la idea de fusión

Catorce años más tarde, en 1919, Francis W. Aston, basándose en el espectrómetro de Gustav Kirchhoff, inventó el espectrómetro de masas, que permitía medir las masas de los átomos ligeros. Empleando estos conocimientos, junto con la teoría de Einstein, sir Arthur Eddington postularía un año más tarde modelos del interior de las estrellas, en los que proponía que los átomos ligeros se fusionaban en el núcleo de las estrellas para generar energía. De este modo, se originó la expresión «energía de las estrellas» para referirnos a la fusión nuclear.

De este modo, se originó la expresión «energía de las estrellas» para referirnos a la fusión nuclear.

Lo cierto es que el salto de la teoría a la práctica resultó un poco más complejo. Para encontrar la primera reacción experimental de fusión debemos avanzar hasta el laboratorio Cavendish (UK) en 1932. En él trabajaba Marcus Oliphant, un joven científico australiano, que usó un acelerador de partículas para hacer reaccionar agua pesada (D₂O) con distintos núcleos. En sus experimentos descubrió He-3 (helio 3) y H-3 (tritio), isótopos extremadamente raros de encontrar en la naturaleza. Marcus estableció entonces que los productos de sus reacciones salían con mayor energía que los reactivos.

Desde entonces, la historia de la fusión continuó de manera meteórica, sobre todo en las décadas de los 50 y 60, cuando se desarrollaron los tres principales métodos de generación de energía mediante fusión: stellarators, tokamaks y láseres de alta potencia. Las tecnologías y la ciencia de la fusión continuaron desarrollándose, llegando a posicionarse hoy en día con grandes proyectos de ingeniería a nivel global como ITER, Wendelstein 7-X o NIF.

¿Cómo se produce la fusión? Una portería y un millón de balones

Una vez explicado su origen, es necesario que nos adentremos en la base física que hace posible la fusión nuclear. El propio nombre, fusión nuclear, ya debe darnos la primera pista sobre cómo sucede el proceso. Fusión es definida por la RAE como «acción y efecto de fundir o fundirse», lo que puede extrapolarse en este contexto como la unión de núcleos atómicos.

Pero esta definición deja en el aire una gran incógnita para quien no esté mínimamente familiarizado con la cuántica, ya que unir núcleos atómicos se antoja bastante complejo a priori. Los núcleos atómicos tienen carga positiva y, al intentar fusionarlos, experimentan una repulsión debido al signo de sus cargas, lo que se conoce como barrera coulombiana. Esto se puede comprobar con un simple experimento en casa con dos imanes: los de la misma carga se repelen y los de distinta carga se atraen. Entonces, ¿cómo puede ser que queramos juntar dos cargas positivas? ¿No deberían repelerse según las leyes del electromagnetismo debido a esta barrera coulombiana? Esta pregunta completamente lógica es la misma que se hicieron los físicos durante años, hasta que en 1928 George Gamow planteó una solución: el efecto túnel.

Para entender esta teoría, tenemos que asimilar una idea que, aunque compleja, es fundamental en la mecánica cuántica: las partículas no están en una posición definida, sino que se encuentran distribuidas en una nube de probabilidades. Este concepto se puede explicar con un ejemplo sencillo. Imaginemos que una partícula es un balón de fútbol y que la portería está protegida por una barrera que el balón no puede atravesar según la física clásica. En la analogía, la barrera representa la barrera coulombiana. En la mecánica cuántica, sin embargo, existe una probabilidad de que una partícula atraviese esa barrera. No es que un intento concreto —por ejemplo, el número un millón uno— tenga un resultado especial: cada intento tiene una probabilidad de atravesarla.

Esto resulta desconcertante a nivel macroscópico, pero a nivel cuántico es una buena aproximación para entender el efecto túnel. Este efecto abre la posibilidad de que un núcleo atómico pueda atravesar la barrera coulombiana y acercarse lo suficiente a otro núcleo. En ese momento, cuando dos núcleos atómicos se encuentran a una distancia del orden de un femtómetro (1 × 10⁻¹⁵ m), entra en juego otro factor: la interacción nuclear efectiva. A distancias muy cortas, esta interacción es atractiva y puede dominar sobre la repulsión eléctrica, permitiendo que los núcleos se fusionen. La combinación del efecto túnel con esta interacción hace posible la fusión de núcleos ligeros.

Con la idea del efecto túnel y de la interacción nuclear efectiva, somos capaces de explicar cómo se produce la fusión. Pero, como ya dijimos, la probabilidad de fusión depende de distintos factores. La tasa de reacción depende de tres: la densidad de las partículas que se pretende fusionar, la sección eficaz de la reacción y la velocidad relativa de las partículas. Hay que ir explicando cada uno para entender qué condiciones son favorables para la fusión y qué núcleos ligeros son mejores para ello.

La densidad de las partículas es el concepto más sencillo de entender en física de partículas, ya que cuanto mayor sea el número de partículas en un mismo volumen, mayor será la probabilidad de que reaccionen entre sí.

La sección eficaz es una medida de la probabilidad de que un núcleo reaccione con una partícula incidente; cuanto mayor es, más probable es que dos partículas reaccionen en un proceso de fusión.

Por último, la velocidad relativa de las partículas también juega un papel fundamental. La tasa de reacción depende tanto de esa velocidad como de la sección eficaz, que varía con la energía de las partículas; por eso, no aumenta necesariamente cuanto mayor es la velocidad.

En resumen, para que la tasa de reacción sea óptima en la fusión, se necesita el mayor número posible de partículas en un volumen confinado, con velocidades y energías adecuadas y una probabilidad de reacción elevada. Si volvemos a nuestro ejemplo, aumentar el número de balones y la probabilidad de que cada uno atraviese la barrera aumenta la posibilidad de que se produzca la fusión.

El plasma. El cuarto estado de la materia

Además de todo lo anterior, es necesario un entorno donde podamos optimizar la fusión entre núcleos atómicos. En este contexto aparece el cuarto y menos conocido estado de la materia: el plasma. Un plasma es un gas ionizado en el que los electrones se separan de los núcleos, generando una nube formada por electrones libres e iones. En estos plasmas se pueden alcanzar temperaturas incluso superiores a las del Sol, lo que los convierte en un entorno ideal para facilitar las reacciones de fusión. A mayor temperatura, mayor velocidad de las partículas y, por tanto, puede aumentar la tasa de reacción.

Sin embargo, al introducir el concepto de plasma, surgen inmediatamente problemas tanto en el plano de la física como en el de la ingeniería. Al tratarse de un estado con tanta energía, resulta imprescindible evitar que entre en contacto con las paredes del reactor, ya que ningún material sólido podría soportar directamente estas condiciones. Esto haría imposible la fusión controlada. ¿Cuál es la solución para que estas partículas no entren en contacto con las paredes del reactor y las destruyan? Dado que el plasma está compuesto por partículas cargadas, este problema puede resolverse empleando campos magnéticos.

Gracias a estos campos, es posible guiar el movimiento de las partículas y mantener el plasma separado de las paredes del reactor. Para ello, se adopta una geometría toroidal, es decir, un circuito en forma de «donut», que permite que las partículas circulen de manera continua sin encontrarse con límites físicos, porque los campos magnéticos impiden que choquen contra las paredes del toroide.

No obstante, esta configuración introduce un nuevo problema: las partículas tienden a desviarse y escapar lateralmente. Para evitarlo, es necesario generar trayectorias helicoidales, haciendo que el plasma gire sobre sí mismo mientras recorre el toroide, de forma que las partículas permanezcan confinadas. Es el mismo principio que se da en el interior del cañón de los fusiles, cuya ánima tiene un dibujo helicoidal que hace girar la bala sobre sí misma y define su trayectoria, evitando que se desvíe (todos recordamos el inicio de las películas de James Bond en las que se ve al agente desde el interior helicoidal del cañón de un arma de fuego).

Donuts de diferentes sabores: stellarators, tokamaks y láseres

Todos estos conceptos de plasma, altas temperaturas y control mediante campos magnéticos constituyen la base de la fusión nuclear desde el punto de vista físico. A partir de aquí, es necesario dar el salto hacia la tecnología que permite llevar estas ideas a la práctica.

En este contexto surgen dos grandes familias de dispositivos de fusión: el confinamiento magnético y el confinamiento inercial.

La fusión por confinamiento magnético se basa precisamente en todo lo anterior: utilizar campos magnéticos para confinar un plasma caliente en el que puedan producirse reacciones de fusión. Esta idea comenzó a desarrollarse a mediados del siglo XX y dio lugar a dos tecnologías principales que materializan este concepto: los stellarators y los tokamaks, cada una desarrollada a un lado del Telón de Acero después de la Segunda Guerra Mundial.

Los stellarators fueron propuestos por Lyman Spitzer, con la idea de que el plasma pudiera controlarse mediante bobinas externas que generasen un campo magnético tridimensional. De este modo, el plasma no solo adopta una geometría que se adapta al interior de nuestro donut, sino que además sigue trayectorias helicoidales, como si se retorciera sobre sí mismo. Si se permite la comparación, de forma similar a una cinta de Möbius. Esto resulta en una forma retorcida, pero efectiva, de confinar plasmas durante largos periodos de tiempo.

Al mismo tiempo, al otro lado del Telón se estaba gestando la otra idea de desarrollo: los tokamaks. En la Unión Soviética, Andrei Sakharov e Igor Tamm propusieron una nueva aproximación al confinamiento magnético: utilizar bobinas para inducir una corriente eléctrica en el propio plasma. Esta idea resultó especialmente potente: de acuerdo con las leyes del electromagnetismo de Maxwell, una corriente variable en el tiempo genera un campo magnético asociado.

En los tokamaks, las bobinas toroidales producen el campo magnético toroidal, mientras que la corriente inducida en el plasma genera principalmente el campo poloidal. La combinación de ambos campos contribuye al confinamiento y hace que las trayectorias de las partículas sean helicoidales. Además, se requieren bobinas adicionales para estabilizar el plasma.

La última tecnología para generar electricidad mediante fusión nuclear entra en escena en los años 60 en Estados Unidos. El científico John Nuckolls propuso aumentar la tasa de reacción no incrementando la velocidad de los reactivos, sino su densidad. Para lograrlo, planteó comprimir pequeñas cápsulas de deuterio y tritio mediante láseres muy potentes, dando lugar al concepto de confinamiento inercial. Dicho de otra forma, el disparo de los láseres eleva la temperatura del plasma y aumenta la velocidad de los reactivos.

Los tres caminos están abiertos a lo largo y ancho del globo. En confinamiento magnético se trabaja en dos instalaciones punteras en Europa: ITER en representación de los tokamaks y Wendelstein 7-X como púgil de los stellarators.

ITER es el proyecto más ambicioso de fusión nuclear en la actualidad. Se trata de un megaproyecto de ingeniería en construcción en el sur de Francia, en el que colaboran numerosos países, entre ellos China, Estados Unidos y España. Su objetivo es demostrar la viabilidad de la tecnología de fusión mediante grandes tokamaks. Por otro lado, el Wendelstein 7-X, situado en Alemania, persigue un objetivo similar al de ITER, aunque empleando la tecnología de los stellarators.

Finalmente, en Estados Unidos se encuentra el NIF, la mayor instalación de confinamiento inercial del mundo. En esta instalación se han logrado avances destacados en el confinamiento inercial.

No sabemos si en el futuro la energía de fusión será esa fuente capaz de solucionarlo todo y de reducir definitivamente nuestra dependencia de los combustibles fósiles. Pero lo que sí sabemos es que, por ahora, al igual que las estrellas, su presente es brillante.

Pero lo que sí sabemos es que, por ahora, al igual que las estrellas, su presente es brillante.