Rumbo a la fusión, una pequeña estrella sueño

Interior del reactor Joint European Torus o JET. En ella se ha conseguido la mejor marca de la fusión hasta la fecha. ITER será muy similar pero mayor. Ed. Eurofusion Ronald Reagan y Mikhail Gorbachev firmaron en 1985 la colaboración para “conseguir una fuente de energía esencialmente inagotable en beneficio de toda la humanidad”. Esta fuente de energía era la fusión. Con este acuerdo se puso en marcha el proyecto ITER con el objetivo de hacer realidad la fusión. Posteriormente se incorporaron al proyecto la Unión Europea, China, Japón, Corea del Sur e India.

ITER significa en inglés “Reactor Termonuclear Experimental Reactor Internacional” y en latín “camino”. El camino está siendo largo, laborioso y caro. En 2005 se decidió su construcción en Cadarache (Francia), comenzaron en 2013 y esperan terminar en 2019. No está claro el coste, pero serán miles de millones de euros. Tras la Estación Espacial Internacional, será el edificio científico más caro.

“Este dulce es tan dulce energéticamente”, afirma el investigador de la UPV Igor Peñalva Bengoa. “Si la fusión se consigue a medio plazo se pueden solucionar los problemas energéticos actuales”. Peñalva investiga en el campo de la fusión. Goretti Sevillano Berasategi también en otro departamento de la UPV. “Los combustibles fósiles se están agotando y las renovables tienen limitaciones y no pueden generar toda la energía que necesitamos —dice Sevillano—, ahí tenemos un problema”.

Inagotable, limpio y seguro

La fusión supone una serie de ventajas respecto a otras fuentes de energía. Las materias primas son prácticamente inagotables. Se trata de utilizar dos isótopos de hidrógeno, el deuterio y el tritio. “Se puede considerar que el deuterio es inagotable porque hay un montón en el mar. El tritio, por su parte, se formará en el propio reactor, a partir del litio, y el litio tampoco es inagotable pero prácticamente inagotable. Tenemos litio suficiente para miles de años”, explica Peñalva. Por otro lado, “no habría conflictos geopolíticos con el petróleo, el carbón, etc., porque las materias primas se pueden encontrar en cualquier sitio”, ha añadido Sevillano.

Además, Sevillano destaca que es “energía limpia”. “No genera gases de efecto invernadero. Y es cierto que se generan unos residuos radiactivos pero de baja actividad y de muy corta vida”.

La unión de un átomo de deuterio y un átomo de tritio produce un átomo de helio, un neutrón y energía. Esta es la reacción de fusión. Se trata de un proceso contra la fisión que se produce en las centrales nucleares actualmente en funcionamiento. La energía se obtiene dividiendo los núcleos de grandes átomos como el plutonio y el uranio en la fisión. En la fusión, mediante la interacción de núcleos de pequeños átomos como el hidrógeno.

A través de estos neutrones que se forman en fusión, los metales pueden convertirse en radiactivos. “Pero estos metales, después de 20-40 años, no son radiactivos y pueden ser reutilizados tranquilamente, por lo que yo no los cogería como residuos radiactivos”, explica Peñalva. “No tienen nada que ver con los residuos de fisión. En este caso, no son de alta actividad y no es un problema de millones de años, sino de 10, 20 o 40 años”.

En cuanto a la seguridad, nada que ver con la fisión, explica Peñalva: “En la fisión se producen reacciones en cadena que requieren un buen control. Si se pierde el control, puede ocurrir Chernobyl, etc. En la fusión ocurre lo contrario; si hay un problema en un reactor, la reacción se detiene. La propia reacción es segura en sí misma”.

De las estrellas a la Tierra

Inagotable, limpio, seguro… Parece que tiene todo. El problema es la dificultad. “Tecnológicamente conseguir la fusión no es fácil”, afirma Peñalva. “Ten en cuenta que los únicos reactores de fusión en funcionamiento que conocemos son las estrellas. Toda la energía que nos llega del Sol se genera a través de reacciones de fusión, y en definitiva, gracias a ella vivimos. El problema es conseguirlo en la Tierra. Se necesitan temperaturas superiores a los 100 millones de ºC y eso no es cosa de bromas”.

Esta pequeña estrella que se creará en ITER ocupará 150 millones de ºC, 10 veces más que el núcleo del Sol. De hecho, en las estrellas el átomo fusiona fuerzas de gravedad. En la Tierra, sin embargo, no se puede producir esta fuerza, por lo que se necesitan temperaturas mayores para conseguir que los átomos se pongan en estado de plasma y se fusionen. “No conocemos materiales que resistan esta temperatura”, afirma Peñalva. Pero la estrella artificial se puede mantener atrapada por campos magnéticos. Para ello, los imanes superconductores de ITER se enfrían a -269ºC, muy cerca del cero absoluto. La mayor y menor temperatura del mundo estará casi en el mismo lugar.

Sabemos que en la Tierra se puede conseguir la fusión. Ya se ha conseguido en varias máquinas. “Pero la reacción dura muy pocos segundos en condiciones de generación de energía, tiempo que no es suficiente para recuperar la energía entregada para iniciar la reacción”, explica Sevillano. La mejor marca se ha obtenido en el reactor JET británico: Entrada de 24 MW y extracción de 16.

El objetivo de ITER es generar diez veces más energía de la introducida. Está diseñado para introducir 50 MW y extraer 500. ITER será muy similar a JET pero mayor. “Según los cálculos, cuanto más grande sea, más fácil conseguiremos sacar más energía”, explica Peñalva.

Al igual que el JET, ITER será un reactor tipo tokamas. La fusión se produce en una cámara en forma de toroide o rosquilla en el tocado. “Los dispositivos que más se han trabajado hasta ahora son los locales”, dice Sevillano. “Hay quien piensa que los de stellarator pueden ser mejores, pero tienen formas muy especiales y son muy difíciles de construir, sobre todo a gran escala. Por eso, y porque se ha investigado mucho más en el traslado, se decidió que ITER fuera de lugar”. En cualquier caso, el funcionamiento de ambas es básicamente similar, y “lo que se investiga en una de ellas es bastante fácil de adaptar a la otra”, explica Sevillano.

Otra forma de conseguir la fusión es sustituir los campos magnéticos por láseres muy potentes y muy precisos. El proyecto NIF de los estadounidenses es es el principal en este camino, pero, a pesar de que así han demostrado que es posible la fusión, el Departamento de Energía del Gobierno de EE.UU. reconoció el año pasado que el NIF tiene serias dudas sobre si el objetivo de obtener energía puede llegar a en alguna ocasión.

Sevillano ve difícil el camino de Laser: “La cuestión es que la mayoría de los científicos y laboratorios que trabajan en fusión están trabajando con confinamiento magnético, y yo creo que los resultados van a venir de ahí”. Peñalva coincide: “ITER cuenta con el apoyo tecnológico de JET. Sabemos que puede funcionar. Y se calcula que haciendo más grande puede ser más fácil obtener energía, se ha decidido internacionalmente: ‘hagamos entre todos un gran reactor, a ver si conseguimos comprobar que esto es tecnológicamente viable’. Como se ha decidido hacer ITER a nivel internacional y el dinero está ahí, la mayoría de las investigaciones están encaminadas a ello”.

Fusión en la UPV

Y en eso están también los investigadores de la UPV. “Nosotros somos un grupo de control”, afirma Sevillano. “Para alargar este estado del plasma y poder extraer energía de él es necesario controlar una gran cantidad de parámetros: corriente de plasma, forma de plasma, corrientes de bobinas, tensión, etc.”. Para ello desarrollan sistemas de control.

Y disponen de una pequeña máquina para realizar las primeras pruebas de estos sistemas. “No es un reactor, pero tiene una cámara de vacío donde se puede utilizar el helio como combustible. Todavía se encuentra en proceso de construcción y lo que pretendemos con ello es comprobar, mediante pruebas con los esquemas y modelos de control que desarrollamos para algunos parámetros, si estos esquemas de control o modelos de plasma desarrollados pueden ser de utilidad. Y una vez comprobado esto, realizar las modificaciones necesarias para adaptarlo a una máquina experimental más grande”.

Por su parte, el equipo de Peñalva analiza el comportamiento de ciertos materiales metálicos con hidrógeno y deuterio. “Necesitamos saber en qué medida el hidrógeno y sus isótopos penetran en los materiales para luego saber dónde estarán estas partículas y cómo gestionarlas, y decidir qué materiales son los más adecuados”. En algunos casos, interesa introducir mucho en el material, por ejemplo, para recuperar el tritio. Y en otras, lo contrario. Por ejemplo, el propio tritio es radiactivo y para trabajar con seguridad se necesitan materiales que impidan el paso del tritio.

Trabajan principalmente con aleaciones de hierro. “Lo que nosotros estudiamos es al fin y al cabo, por ejemplo, cuando el hierro tiene más o menos cromo, en qué medida aumenta o disminuye la permeabilidad. Medimos estos parámetros. Esa es nuestra aportación. En principio, para ITER está decidido o semi-decidido cuáles serán los materiales, pero esta investigación está orientada a la siguiente fase”.