DARPA quiere lucrarse convirtiendo residuos nucleares de la Guerra Fría en baterías eternas

Un grupo de investigadores y socios industriales obtuvo un contrato de DARPA por $3,37 millones para desarrollar compactas fuentes de energía nucleares capaces de funcionar durante décadas sin reabastecimiento. El proyecto se llama SYMPHONEE y forma parte del programa Rads to Watts. Su objetivo es convertir directamente la energía de la desintegración radiactiva en electricidad sin turbinas, calderas ni una central eléctrica convencional.

No se trata de un mini-reactor con reacción en cadena controlada. El elemento central es una celda radiovoltaica. En cuanto al principio de conversión, se parece más a una celda solar: hay una fuente de partículas, hay un semiconductor, y la energía de la radiación genera corriente eléctrica. Solo que en lugar de la luz solar se usa la radiación de un radioisótopo, por ejemplo el estroncio-90.

Esos generadores de energía son necesarios donde una batería convencional pronto se convierte en el punto débil. Un sensor submarino, una nave espacial, una plataforma remota o un sistema militar no siempre permiten cambiar baterías con regularidad. Un generador radioisotópico puede suministrar durante años una potencia pequeña pero estable y funcionar sin mantenimiento frecuente.

El estroncio-90 se escogió por su tipo de radiación y su larga vida útil. Es un radioisótopo emisor beta: al desintegrarse emite electrones rápidos. Estas partículas se pueden dirigir hacia una estructura semiconductor, donde su energía genera portadores de carga. Luego el dispositivo recoge la corriente eléctrica. El largo periodo de semidesintegración permite que la fuente funcione no semanas o meses, sino muchos años.

El equipo del proyecto también planea utilizar isótopos obtenidos de combustible nuclear reprocesado y de corrientes antiguas de residuos radiactivos. Con este enfoque, la materia que normalmente requiere almacenamiento y control se convierte en un recurso energético para tareas específicas. Los requisitos de seguridad radiológica no desaparecen, pero parte del material adquiere una aplicación práctica.

El objetivo técnico principal de DARPA es aumentar la potencia específica. Esta medida indica cuánta potencia eléctrica entrega el sistema por unidad de masa. Para naves espaciales, sensores submarinos y plataformas militares compactas, el peso es crítico. La fuente puede durar décadas, pero si es demasiado pesada o entrega muy poca energía, la utilidad de esa longevidad será limitada.

Los dispositivos radiovoltaicos tienen un problema antiguo: la radiación al mismo tiempo aporta energía y daña el material convertidor. Las partículas generan corriente eléctrica, pero con el tiempo degradan el semiconductor y reducen la eficiencia. Por eso los desarrolladores deben elegir los materiales y la estructura del elemento de modo que el dispositivo resista la dosis acumulada de radiación y siga funcionando de forma estable.

En SYMPHONEE planean combinar isótopos emisores beta con capas semiconductoras delgadas. En esa arquitectura es importante captar la mayor cantidad posible de la energía de las partículas sin destruir el convertidor demasiado pronto. Gran parte de las pruebas se relacionará precisamente con la resistencia de los materiales a la radiación y con mantener la eficiencia a largo plazo.

En el proyecto participan empresas y organismos de investigación con experiencia en microelectrónica, modelado, efectos de la radiación y robustez de sistemas. Esa experiencia es necesaria porque la fuente debe operar no en un laboratorio ideal, sino en condiciones complejas: en el espacio, bajo el agua, en emplazamientos remotos o en plataformas donde una falla de alimentación puede arruinar toda la misión.

El modelado preliminar indica que la tecnología podría alcanzar los objetivos de DARPA en cuanto a potencia específica y densidad de energía. Pero los cálculos no equivalen a un producto terminado. A los ingenieros les tocará demostrar que el dispositivo puede fabricarse de forma estable, que los semiconductores soportan la irradiación prolongada, que la potencia de salida no cae demasiado rápido y que la construcción sigue siendo segura durante toda la vida útil.

Si el proyecto funciona, esas fuentes de energía no sustituirán las baterías convencionales en aparatos de consumo ni se convertirán en una energía universal. Su nicho es mucho más estrecho: sistemas que necesitan potencia baja o media durante un periodo muy prolongado donde no es posible instalar paneles solares, tender un cable o cambiar baterías regularmente.

El espacio parece especialmente prometedor. Los paneles solares no funcionan bien en todas partes: regiones lejanas del Sistema Solar, la sombra, los cinturones de radiación y el polvo pueden reducir drásticamente su utilidad. Una fuente radiovoltaica no depende de la iluminación y puede alimentar instrumentos allí donde la energía solar es demasiado poco fiable o requiere construcciones voluminosas.

Bajo el agua la situación es parecida. La luz solar no llega, la alimentación por cable es cara y vulnerable, y el reemplazo regular de baterías exige una logística compleja. Una fuente radioisotópica de larga duración podría mantener sensores, nodos de comunicación o infraestructura de vigilancia sin salidas continuas para mantenimiento.

SYMPHONEE aún está en fase de desarrollo y comprobación de concepto. El contrato de DARPA proporciona fondos al equipo para crear y probar una nueva clase de dispositivos radiovoltaicos, pero antes de sistemas en serie todavía es necesario completar el ciclo completo de verificación de materiales, diseño, seguridad y potencia de salida real. La cuestión central del proyecto es si se podrá convertir la desintegración radiactiva de una fuente lenta de micropotencia en un sistema energético compacto y práctico para entornos exigentes.