Debates sobre energía en la Universidad Rey Juan Carlos (II). Energía nuclear de fusión: ¿Solución?

Segunda entrega de la experiencia docente desarrollada por alumnos de la Universidad Rey Juan Carlos, dentro de la asignatura “Panorama Energético Actual” del Máster en Tecnología y Recursos Energéticos. En este caso se presentan las principales conclusiones presentadas por los alumnos relativas a la Fusión Nuclear.

Energía nuclear de fusión: ¿Solución?

La fusión nuclear es una de las diferentes tecnologías energéticas que se están desarrollando para intentar frenar la dependencia actual y prevista de combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas natural).

Las reacciones de fusión entre isótopos del hidrógeno (deuterio y tritio) constituyen la base para el desarrollo de un reactor de fusión de primera generación, debido a que otras reacciones de fusión requieren temperaturas aún más elevadas. El deuterio se puede extraer del agua y no es radioactivo, mientras que el tritio sí es radioactivo y se debe generar a partir de litio en el propio reactor de fusión.

La fusión nuclear se define como el proceso por el cual dos núcleos ligeros se fusionan dando lugar a un núcleo más pesado, emitiendo en el proceso una elevada cantidad de energía. Es necesario que los núcleos se aproximen a gran velocidad y, por lo tanto, sólo ocurre a temperaturas muy elevadas en las que el combustible está formado por una “sopa” de iones y electrones que se conoce como plasma.

Existen varios tipos de reacciones de fusión en los que están implicados los isótopos del hidrógeno (deuterio y tritio); y se puede distinguir entre dos métodos para conseguir vencer la repulsión entre los núcleos y así obtener la fusión: la fusión caliente y la fusión fría.

En la fusión caliente, la temperatura necesaria para vencer la repulsión eléctrica y que la fusión nuclear pueda sostenerse es de unos 60 millones de grados. El problema radica en la dificultad de encontrar un material con el que construir el reactor y que soporte la elevada temperatura del plasma. Se ha pensado en confinar el plasma de manera que éste no llegue a tocar los materiales que forman el reactor y existen dos modos. El confinamiento magnético, que consigue mantener la reacción gracias a la acción de grandes campos magnéticos en los que las partículas que forman el plasma, al estar cargadas, se mueven describiendo hélices a lo largo de las líneas magnéticas. Esto hace que queden contenidas en una región limitada del espacio durante tiempos suficientemente largos como para conseguir un elevado número de reacciones de fusión. Por otro lado, el confinamiento inercial consiste en crear un medio de muy elevada densidad, que haga que las partículas no tengan prácticamente ninguna posibilidad de escapar sin chocar entre sí.

Los reactores desarrollados para la fusión mediante confinamiento magnético son el Tokamak y el Sterallator. El Tokamak es el dispositivo más avanzado. La corriente inducida en el plasma se produce mediante una variación del flujo magnético en el transformador. El plasma caliente tiene una conductividad eléctrica alta, por ello la variación de flujo que se necesita para mantener la corriente, una vez que ésta es creada, es muy pequeña. Los principales problemas que se encuentran en un tokamak son las altas temperaturas necesarias, las elevadas densidades y la necesidad de mantener el plasma limpio de impurezas.

Los Stellarator son también dispositivos de confinamiento magnético toroidal, que se diferencian de los tokamak en la forma en la que generan la componente poloidal del campo magnético. Comparten todos, o casi todos, los problemas de los tokamaks, pero también presentan algunas importantes ventajas, como la posibilidad de funcionar en modo continuo.

La corriente que fluye a través del plasma en un tokamak contribuye a calentarlo, pero para alcanzar temperaturas más elevadas hay que proporcionar más energía al plasma mediante fuentes externas. A través de unos sofisticados sistemas se puede monitorizar cada aspecto del plasma, lo cual es necesario para diseñar un reactor de fusión. Por otro lado, con el fin de eliminar los residuos del proceso de fusión (helio) y de las impurezas del plasma, se permite a éste que toque la pared del reactor de forma controlada, gracias a un sistema denominado “diversor”.

El tokamak europeo JET, ubicado en Reino Unido, es hasta la fecha la instalación de fusión más grande del mundo y la única capaz de trabajar con una mezcla de combustible de Deuterio-Tritio.

Existen otras instalaciones experimentales en Europa, pero dados los buenos resultados del JET, en 1990 se decidió continuar el programa de fusión con una instalación mayor, creándose así el proyecto ITER. En él participan China, República de Corea, Estados Unidos, Rusia, India, Japón y la Comunidad Europea de la Energía Atómica. El objetivo global del tokamak ITER es demostrar la viabilidad científica y tecnológica de la energía de fusión con fines pacíficos. ITER logrará este objetivo demostrando la combustión controlada de plasma deuterio-tritio en estado estacionario como meta final, y poniendo a prueba tecnologías esenciales para un reactor en un sistema integrado.

La fusión nuclear es un recurso energético potencial a gran escala, que cuenta con grandes ventajas respecto a otros tipos de recursos. Los combustibles primarios son baratos, abundantes, no radioactivos y están repartidos geográficamente de manera uniforme. La radioactividad de la estructura del reactor, producida por los neutrones emitidos en las reacciones de fusión, puede ser minimizada escogiendo cuidadosamente los materiales. Si un reactor de fusión se construye, mantiene y opera adecuadamente, el único producto secundario de la propia reacción es helio, que es un gas inerte no peligroso.

Por otro lado, la fusión nuclear es un proceso que se encuentra en pleno desarrollo y estudio, lo que provoca que entorno a esta nueva o futura fuente de energía exista un elevado grado de incertidumbre y, por tanto, existan ciertas desventajas: elevadas inversiones; costes elevados para el desmantelamiento de la planta; emisión de tritio radioactivo; impacto ambiental, etc.

Por todo lo explicado, podemos afirmar que la fusión nuclear es, hoy por hoy, una tecnología en vías de desarrollo y, por lo tanto, es necesario seguir experimentando para poder determinar la viabilidad real de esta fuente de energía.

[Mª Teresa Andreola, Juan Pablo Liñán, José Felipe Ongil]