Ciencia y Tecnica II:La Fusión Nuclear ¿Esperanza a corto plazo?

En mi anterior artículo (Ciencia y tecnica: ¿Energía nuclear……? de fecha 19/01/2009) hablé de las diferencias, fundamentalmente en eficiencia y nivel de inversión entre la energía atómica, la eólica y la fotovoltaica. Me propongo ahora exponer algunas ideas sobre la energía atómica de fusión ya que entonces únicamente hable sobre la de fisión. Esto fue así porque enfrentaba sistemas presentes hoy día en la producción de energía y de los que se tiene suficiente experiencia tanto en su eficiencia contrastada como en el nivel de inversión necesario para su puesta en funcionamiento.
La fusión nuclear es un caso muy distintota que de ella lo único que realmente sabemos es que durante mas de medio siglo se viene investigando para su desarrollo. Que hay opiniones que pretenden condicionar el desarrollo de la energía presente al futuro de la energía de fusión futura. Que se compara su energía con la desarrollada en la combustión solar. Que hace 40 o 50 años la entonces llamada Unión Soviética realizó la prueba de la bomba de hidrógeno mayor del mundo, con 50 Megatones (Cincuenta megatones quiere decir con poder destructor equivalente al de 50 millones de toneladas de dinamita) ¡ahí es ná!
Conocemos también que en estos momentos el proyecto ITER entre la Unión Europea, Los Estados Unidos, Japón, Rusia, la India, China y Corea con un presupuesto inicial de 10.000 millones de Euros pretende obtener resultados para el año 2018. Los resultados esperados son conseguir una reacción de fusión controlada tanto en el tiempo como en su potencia. ITER no será una central de generación de energía eléctrica aunque generará electricidad. Será la base para el diseño y construcción de centrales eléctricas de fusión nuclear operativas.
Durante el mas de medio siglo empleado hasta ahora en la investigación de la fusión se ha avanzado mediante reactores Tokamaks de origen ruso. Se instalaron estos reactores en universidades y centros de investigación de varios países, como el instituto Kurchatov de la URSS, Universidad de Princeton EEUU, Garching Alemania, Fontenay aux R. Francia, Tokai-Mura Japón, Culham GB. Ninguno de estos reactores consiguió los resultados que se esperan del ITER pero los esfuerzos de la investigación no fueron vanos y crearon las ideas, la teoría y los diseños que hicieron creíble la posibilidad de tener un sol en casa. Sin los proyectos Tokamaks no se habría conseguido el proyecto ITER
¿Por qué tal lentitud en los resultados?
Realmente para el no iniciado resulta asombroso el tiempo invertido en investigación si se compara con la celeridad que se pasó de la bomba de Alamo Gordo al primer reactor de fisión operativo.
Realmente la fisión y la fusión son sistemas totalmente opuestos. La fisión divide al átomo en otros menores y la fusión crea átomos mayores a partir de otros de inferior peso atómico. El lector entenderá lo fácil, sencillo y rápido que resulta dividir o romper cualquier cosa o ente comparándolo con el trabajo que supone componer esa cosa o ente a partir de sus pedazos.
En el proceso de fisión, átomos pesados de Uranio-235, Uranio-238, Plutonio-239, Torio-232, en mezclas apropiadas (El combustible habitual en las centrales refrigeradas por agua ligera es el dióxido de uranio enriquecido, en el que alrededor del 3% de los núcleos de uranio son de U-235 y el resto de U-238.), bombardeados por neutrones emitidos por ellos mismos y a pequeña velocidad para poder ser captados por las fuerzas de ligadura fundamentalmente gravitatorias (Simplificación del fenómeno)los que producen el rompimiento del material inicial en dos o mas átomos de peso mediano emitiendo nuevos neutrones que mantienen la reacción, fuertemente exotérmica . El proceso se realiza a temperaturas admisibles para los elementos de construcción y los mas comunes van refrigerados por agua que además modera la velocidad de los neutrones para hacerlos mas fácilmente capturables por el Uranio. La presión en un reactor de agua a presión no llega a 160 atmósferas y su temperatura es inferior a 350º centígrados.

El proceso de fusión por el contrario consiste en la unión de dos átomos de pequeño peso atómico como el deuterio o el tritio para conseguir un átomo mas pesado como el helio. Además el proceso libera protones y neutrones. Realmente la fusión se realiza entre los núcleos de los átomos y como tienen la misma polaridad de carga eléctrica se oponen fuertemente a la unión lo que obliga a la utilizar una importante cantidad de energía para lograrlo. Realmente, simplificando el fenómeno, se precisa someter al deuterio-helio en estado de plasma a una presión suficiente para vencer la fuerza de rechazo hasta distancia nula entre sus núcleos con carga de igual signo positivo. Esto implica temperaturas de proceso del orden de 100 millones de grados. Por supuesto todos los elementos presentes en la reacción se encuentran en estado de plasma.
Cómo mantener confinado un sistema que actúa a tamaña temperatura?. No existen materiales capaces de aguantarlo.
La investigación se centra en sistemas de confinamiento magnético fundamentado en que al tratar con partículas cargadas sometidas a fuertes campos magnéticos, estas se ven obligadas a describir las trayectorias a que el campo las somete sin escapar transversalmente de este. (Nótese que en la fisión los elementos actuantes, neutrones, no tienen esta propiedad).
A la temperatura indicada el helio y el deuterio se encuentran en estado de plasma y la presión cinética del mismo se compensa con la presión que sobre el ejerce el campo magnético. El problema consiste en estabilizar el confinamiento ya que pequeñas variaciones tienden a desestabilizarlo destruyéndose rápidamente la configuración con el enfriamiento inmediato del sistema. La presencia de neutrones ayuda a la desestabilización del sistema.
Los reactores Tokamaks utilizan el confinamiento magnético toroidal y para conseguir tiempos de confinamiento suficientes para controlar la reacción se creó, como ya hemos apuntado mas arriba, el proyecto ITER con la colaboración internacional suficiente para conseguir aplicar los recursos necesarios para llevar a buen puerto resultados aplicables al diseño de centrales de producción de energía eléctrica por fusión nuclear. El laboratorio necesario se ha instalado en Cadarache al sureste de Francia
He escrito lo anterior sin ánimo de olvido sobre otros sistemas de confinamiento como es el inercial (Bombardea de una gota sólida de deuterio-tritio con rayos laser) o en el no ensayado por resonancia ultrasónica. Lo importante en este momento es si somos capaces de predecir en que momento futuro podremos disponer de centrales de producción de energía eléctrica por este sistema y para ello tenemos necesariamente que apoyarnos en aquellas investigaciones a las que se están aplicando los recursos.
No existen dudas de que en algún momento se dispondrá de resultados prácticos obtenidos en el ITER para poder iniciar el diseño de la primera central realmente operativa de fusión nuclear. La siguiente etapa consistente en la creación de las necesarias industrias auxiliares de diseño y fabricación de componentes, ensayos de componentes, procedimientos de actuación y seguridad etc
Desde un punto de vista optimista no parece probable que la primera central entre en funcionamiento antes de 25 años (2034) y es posible que se retrase hasta el 2059 lo que indicaría que el camino recorrido ha sido igual al que falta por andar.
Si todo sale en el tiempo mas optimista el primer reactor de fusión en el mundo entrará en funcionamiento seis años después del cierre previsto de Vandellos, la central de fisión española más moderna por lo que ni siquiera en la visión mas optimista puede caber la idea de retrasar la decisión de nuevas nucleares a la espera de las de fusión.

Al terminar este artículo he tenido noticia del trabajo que están desarrollando los físicos de la Universidad de Texas en Austin, estudiando un nuevo sistema para eliminar desechos transuránicos producidos por las centrales nucleares de fisión mediante la fusión nuclear. La idea es la creación de un sistema híbrido compacto fisión-fusión para quemar los residuos nucleares de vida media larga produciendo energía y evitando la necesidad de su almacenamiento. En un próximo artículo trataré el asunto con mas profundidad.

Fernando Mª Hernández (EFHAHA)
Ingeniero Industrial