Fusión: ¿nuestra mejor baza? Understand article

Traducido por Jorge Puimedón. Las necesidades energéticas de nuestra sociedad continúan aumentando mientras que las reservas de combustibles fósiles – nuestra mayor fuente de energía actual – disminuyen. Chris Warrick, del Acuerdo Europeo para el Desarrollo de la Fusión (EFDA), explica…

La investigación en fusión:
imitar en la tierra las
reacciones observadas en el
sol

El aprovechamiento de la fusión – la fuente de energía del sol – ha sido un sueño durante muchos años, ya que podría suministrar energía de una forma prácticamente inagotable y respetuosa con el medio ambiente. Con la próxima construcción del nuevo reactor de fusión ITER en Cadarache, sur de Francia, ese sueño dará un gran paso para acercarse a la realidad.

¿Por qué buscar una nueva forma de producción de energía? Se espera que el consumo mundial de energía se duplique dentro de 40 años y todavía será necesario un aumento mayor para que los países en vías de desarrollo abandonen la pobreza. Actualmente el 80% de la energía se genera quemando combustibles fósiles, lo que contribuye decisivamente al cambio climático y genera contaminación. Los combustibles fósiles se agotarán; el primer signo será un descenso de la producción de petróleo, algo que puede ocurrir relativamente pronto. No hay una varita mágica que resuelva este problema y la solución será una adecuada combinación de varias alternativas. El aumento de la eficiencia energética, el uso generalizado de fuentes de energía renovables y de la fisión nuclear, así como un impulso a la investigación de nuevas tecnologías como la fusión serán las más probables.

La idea de obtener energía a partir de reacciones de fusión controladas no es en absoluto nueva. La dificultad ha sido reproducir en la tierra el tipo de reacciones observadas en el sol. A diferencia de la fisión de los núcleos pesados, la fusión de núcleos ligeros necesita condiciones extremas para producirse y mantenerse. La reacción elegida para los experimentos en la tierra es la fusión de deuterio y tritio – dos isótopos pesados del hidrógeno – para producir helio y un neutrón, que se lleva la energía liberada. Esto precisa una alta temperatura (o energía) de las partículas en un gas ionizado muy caliente llamado plasma: aproximadamente unos 150 millones de grados Celsius. Esto debe combinarse con una densidad de partículas suficiente y un método de confinamiento adecuado para mantener el plasma con una energía y durante un tiempo suficientes para que la reacción fusión transcurra y libere más potencia que la necesaria para conservar caliente el plasma.

Interior de la vasija del JET
conteniendo el plasma
(derecha)

Una característica importante de la energía de fusión es que, a diferencia de lo que ocurre en la fisión, no es una reacción en cadena. Esto la hace intrínsecamente segura: no hay posibilidad de una reacción incontrolada. En todo momento sólo hay unos pocos gramos de combustible en la vasija, los suficientes para un minuto de combustión. Para detener la reacción basta detener el suministro de combustible, tal y como ocurre en un horno de gas.

Durante los últimos treinta años, la línea de investigación más intensa se ha concentrado en los llamados tokamaks. En un tokamak un anillo de plasma se confina en una vasija de vacío. Para calentar el plasma a 150 millones de grados Celsius hay que mantenerlo alejado de las paredes de la vasija. Como el plasma se compone de partículas cargadas (iones y electrones), esto se hace con intensos campos magnéticos generados por grandes bobinas alrededor de la vasija.

Calentar el plasma a temperaturas tan extremas precisa varios métodos complementarios. Uno de ellos consiste en pasar una potente corriente eléctrica por el plasma mientras microondas y haces de partículas neutras inyectados desde el exterior proporcionan un calentamiento adicional.

En todo el mundo se han hecho importantes progresos en los experimentos en tokamaks, donde el JET (Joint European Tokamak) financiado por la Unión Europea e instalado en el Reino Unido (Culham Science Centre) ha reunido los esfuerzos de la investigación europea. El JET está en la cúspide de la investigación europea en fusión y se apoya en muchos tokamaks más pequeños repartidos por todo el continente.

El tokamak del JET

El programa de trabajo del JET se organiza y coordina por el Acuerdo Europeo para el Desarrollo de la Fusión (European Fusion Development Agreement, EFDA). El JET es el mayor tokamak en funcionamiento del mundo, es el único capaz de usar deuterio y tritio como combustible y ha conseguido las condiciones necesarias para que ocurra la fusión en el plasma. Lo más crucial es que el JET ha proporcionado valiosas lecciones sobre cómo mantener la estabilidad y el confinamiento del plasma en medio de una miríada de inestabilidades.

La potencia generada por fusión en el JET (se han medido aproximadamente 16 megavatios) es todavía inferior, aunque ya próxima, a la potencia necesaria (25 megavatios) para mantener el plasma a las temperaturas de fusión. ¡Menos potencia producida que consumida no es muy prometedor para una central! Sin embargo, con los datos del JET y otros experimentos de fusión menores se pueden elaborar extrapolaciones que indican que una máquina mayor puede invertir este balance, produciendo una potencia debida a la fusión mayor que la necesaria para calentar el plasma.

El reactor de fusión ITER

Aunque se espera que una central de fusión pueda construirse de este modo, son necesarios aún nuevos estudios, especialmente los dedicados a garantizar que la central es segura, fiable y económicamente viable. El ITER (International Tokamak Experimental Reactor) va a ser el encargado de estos estudios: un escalón hacia una central de fusión comercial. Duplicará el tamaño del JET y debería de proporcionar una potencia superior a 500 megavatios durante 10 minutos – como mínimo 10 veces superior a la potencia necesaria para calentar el plasma.

Como sugiere su nombre, ITER es un proyecto internacional con siete participantes: UE, Japón, EE. UU., Corea del Sur, China, Rusia e India. El diseño, que usa las más modernas tecnologías como bobinas superconductoras e instrumentación avanzada, ya está terminado y en Junio de 2005 se escogió Cadarache (sur de Francia) para su construcción. Los preparativos de las obras están en marcha y comenzará a funcionar en 2015.

Una cuestión que surge inevitablemente con esta tecnología es el uso del radiactivo tritio. En una futura central de fusión, el tritio se producirá dentro del propio reactor en un ciclo cerrado, de forma que no será necesario el transporte de material radiactivo durante su funcionamiento y sólo una cantidad limitada estará presente en la central. El interior de la vasija del plasma se hará radiactivo durante el funcionamiento de la central debido a los neutrones producidos durante la fusión. Sin embargo, podrá reciclarse o desecharse como basura no radiactiva al cabo de unos 100 años aproximadamente si está construida con materiales apropiados. Esto es una ventaja respecto a los miles de años necesarios para que los componentes de un reactor de fisión puedan manejarse con seguridad. Una parte del programa de fusión se centra en el desarrollo de estos materiales de ‘baja activación’.

El ITER es esencial para probar e integrar las diversas tecnologías en las dimensiones de una central de producción de energía y debería confirmar que es posible construir un central de fusión. Sin embargo, antes de que una central de fusión pueda construirse y obtenga una licencia de explotación, hacen falta años para probar los materiales bajo las duras condiciones de trabajo reales y garantizar que es segura y viable. Esto sólo puede hacerse en una instalación especial llamada IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility). El ITER, que costará unos 5 mil millones de euros, y el IFMIF, que costará algo menos de mil millones de euros, son claves para el desarrollo de la fusión como una fuente de energía útil. Aunque estos costes puedan parecer muy elevados son muy pequeños comparados con los aproximadamente 3 billones de euros anuales que constituyen el mercado mundial de la energía.

Finalmente, la gran pregunta: ¿cuándo producirá la fusión electricidad para el mundo?. La construcción y funcionamiento simultáneo del ITER y del IFMIF debería de permitir que un primer prototipo de central de fusión produjera energía dentro de 30 años. Aunque esto no hace inminente el abandono de los combustibles fósiles, permitirá que la fusión sea una nueva opción a considerar durante la segunda mitad del siglo XXI.

 Educación y difusión del EFDA

Folleto del EFDA para la
enseñanza secundaria

Muchos de los institutos de investigación en fusión del Acuerdo Europeo para el Desarrollo de la Fusión (EFDA) tienen sus propios programas de difusión, que incluyen conferencias y visitas a escuelas y laboratorios de investigación como el JET. Los detalles de cada uno de los institutos de investigación pueden encontrarse en la página web del EFDA.
En el EIROforum el EFDA participa en la Ciencia en la Escuela (Science in School), en el festival la Ciencia en Escena y otros proyectos educativos y de difusión.

El EFDA ha editado un folleto de 60 páginas para la enseñanza secundaria, ‘La energía mueve tu mundo’, que proporciona una amplia introducción al mundo de la energía. Sus contenidos incluyen las formas en las que usamos la energía en nuestra vida cotidiana, de dónde la obtenemos y cómo afrontaremos las demandas energéticas en el futuro. En un documento adicional se hacen sugerencias para debatir el tema de la energía en el aula.

Para recibir una copia gratis del folleto, disponible en inglés y holandés, envíe un correo electrónico a aline.duermaier@efda.org, indicando su nombre, dirección postal y el número de copias requeridas (hasta un máximo de cinco). El folleto puede descargarse en la página web del EFDA. A finales de año estará disponible en español, francés, alemán e italiano.

El EFDA dispone de una gran variedad de material educativo, como el CD-ROM ‘Fusión, una opción energética para el futuro’ y un póster sobre la fusión, que pueden solicitarse en la página web del EFDA. Esta página web también proporciona información básica y avanzada acerca de la fusión.

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Institution

EUROfusion

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