- Concluye la construcción de la pieza clave del reactor de fusión ITER
- El proyecto pretende obtener una fuente inagotable y limpia de energía
- En el desarrollo de la máquina han participado dos empresas españoles
La Física de hoy
Toda la física de la materia puede ser dividida en tres áreas complejas, según sus dimensiones. Así tenemos el área de lo muy pequeño, basada en el funcionamiento de las PEs (partículas elementales) y átomos, el área de lo muy grande, basada en el funcionamiento del universo y sus cuerpos estelares, y el área de lo normal, basada en el funcionamiento de las moléculas y de todos los fenómenos que vemos.
Por lo tanto la fusión nuclear es estudiada por la física que se encarga del estudio de lo muy pequeño.
Dividiremos este post en dos partes. En la primera parte explicaremos, de manera sencilla, que es la fusión, sus ventjas, su situación actual y sus proyecciones. El segunda parte hablaremos sobre el Divertor.
1. ¿Qué es la fusión nuclear?
¿Qué es la fusión nuclear?
La fusión nuclear es una reacción en la que se unen dos núcleos ligeros para formar uno más pesado. Este proceso desprende energía porque el peso del núcleo pesado es menor que la suma de los pesos de los núcleos más ligeros. Este defecto de masa se transforma en energía, se relaciona mediante la fórmula E=mc2 , aunque el defecto de masa es muy pequeño y la ganancia por átomo es muy pequeña, se ha de tener en cuenta que es una energía muy concentrada, en un gramo de materia hay millones de átomos, con lo que poca cantidad de combustible da mucha energía.
Es una fuente de energía prácticamente inagotable, ya que el deuterio se encuentra en el agua de mar y el tritio es fácil de producir a partir del neutrón que escapa de la reacción.
Esta reacción que se ha descrito antes es la más fácil de conseguir, pero no quiere decir que sea sencillo lograr energía de las reacciones de fusión. Para ello se deben unir los núcleos de dos átomos, el problema radica en que los núcleos de los átomos están cargados positivamente, con lo que al acercarse cada vez se repelen con más fuerza. Una posible solución sería acelerarlos en un acelerador de partículas y hacerlos chocar entre sí pero se gastaría más energía en acelerarlos que la que se obtendría con las reacciones.
Para solucionar este problema se comprimen esferas de combustible mediante haces de láseres o de partículas teniendo así la llamada fusión por confinamiento inercial en la que se obtienen densidades muy elevadas, de manera que los núcleos están muy cercanos entre ellos, y por efecto túnel se fusionan dando energía.
La otra forma de producir reacciones de fusión de manera que se gane energía es calentando el combustible hasta temperaturas de millones de grados de manera que los choques entre núcleos sean por agitación térmica, aquí también se aprovecha el efecto túnel. Como al estar a tan alta temperatura el combustible se disocia en partículas con cargas positivas y negativas, éste se puede controlar mediante campos magnéticos, ésta es la fusión por confinamiento magnético.
La fusión nuclear es un recurso energético potencial a gran escala, que puede ser muy útil para cubrir el esperado aumento de demanda de energía a nivel mundial, en el próximo siglo. Cuenta con grandes ventajas respecto a otros tipos de recursos:
 | Los combustibles primarios son baratos, abundantes, no radioactivos y repartidos geográficamente de manera uniforme (el agua de los lagos y los océanos contiene hidrógeno pesado suficiente para millones de años, al ritmo actual de consumo de energía). |
| Sistema intrínsecamente seguro: el reactor sólo contiene el combustible para los diez segundos siguientes de operación. Además el medio ambiente no sufre ninguna agresión: no hay contaminación atmosférica que provoque la "lluvia ácida" o el "efecto invernadero". |
| La radiactividad de la estructura del reactor, producida por los neutrones emitidos en las reacciones de fusión, puede ser minimizada escogiendo cuidadosamente los materiales, de baja activación. Por tanto, no es preciso almacenar los elementos del reactor durante centenares y millares de años. |
Se ha conseguido sólo en estas máquinas porque son las únicas que han inyectado tritio a un plasma de deuterio. El resto de máquinas funciona con plasmas de sólo deuterio o sólo hidrógeno para investigar en el comportamiento del plasma a altas temperaturas, pero sin producir fusiones.
Se ha demostrado la viabilidad científica de la producción de energía mediante fusión nuclear. El siguiente paso es construir un reactor que demuestre la viabilidad tecnológica para producir energía eléctrica a partir de la de fusión. Este reactor será ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), actualmente en fase de diseño. Para el diseño y construcción de este gran reactor se han asociado las diferentes comunidades de fusión (Rusia, Unión Europea, Japón y USA) ya que el esfuerzo tecnológico y económico no puede ser afrontado por un solo país.
La investigación en fusión ha entrado en una fase en la cual la producción experimental de una potencia de fusión del orden de un gigavatio es un objetivo realizable. Para progresar en la investigación y desarrollo de reactores comerciales es importante cubrir esta etapa.
La envergadura y el coste de este experimento serán similares a los de cualquier instalación con una potencia de un gigavatio; el calendario para el estudio, construcción y explotación será similar al de cualquier megaproyecto. ITER, la siguiente generación, es una experiencia piloto para Europa y sus socios en el campo de la fusión por confinamiento magnético.
El espíritu comunitario alcanzado por esta investigación en Europa desde hace varias décadas, se ha transmitido al resto del planeta con la esperanza de poder contar en el próximo siglo con la fusión termonuclear como fuente de energía necesaria para la humanidad.2. El Divertor
El Divertor, conocido como Test Platform Facility (DTP2), es el componente más importante dentro del reactor del ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), puesto que su función es la de retirar las cenizas del helio que impedirían la reacción nuclear al contaminar el plasma confinado.
Se trata de la única herramienta que está en contacto con el plasma que circula por el interior del reactor, al que se refieren familiarmente como el donut, que funcionará a una temperatura de 100 millones de grados. Es decir, la que existe en el interior del Sol, multiplicada por 10.
La máquina robótica, de 20 metros de largo y 650 toneladas de peso se presentó el jueves en las instalaciones del Centro Técnico de Investigaciones de Finlandia, en Tampere. El enorme robot, que deberá soportar temperaturas desconocidas y ser manejado a distancia, es el único componente móvil del ITER, el mayor y más ambicioso proyecto de cooperación internacional que busca encontrar una posible fuente de energía limpia.
La prodigiosa máquina funcionará bajo el reactor de fusión cambiando unas cajas de tungsteno donde caen las impurezas de la fusión nuclear. Tendrá que ir retirando una a una las 52 cajas (casettes) de nueve toneladas, situadas sobre unas costillas que se asemejan a las cuadernas de un barco, y que como ellas están en la quilla del reactor. Lo hará muy lentamentente: una vez cada dos o tres años. Y las retirará a otro edificio para que vayan perdiendo el calor con el que saldrán por estar cerca del plasma.
El Divertor garantiza con su misión que el plasma fluya sin residuos dentro del donut, provocando la fusión de los átomos de deuterio y tritio del hidrógeno. Al dividirse a tan elevadísimas temperaturas liberan energía: 10 veces más que la que se inyecta para mantener la fusión
De la teoría a la práctica
El Divertor ha sido construido por cuatro empresas europeas: una de Luxemburgo, otra de Finlandia y dos españolas: las catalanas Procon y Telstar. «No debemos tener complejos y empezar a tener la cultura de que somos tan capaces como los demás», declara Antoni Flotats, director de Operaciones de Telstar. Lo hace mientras enseña su monstruo de acero y aluminio especiales, sin aceites ni plásticos, que trabajará en alto vacío situando las cajas con una precisión inferior a un milímetro. «Somos expertos en trabajos al vacío. Producimos simuladores espaciales para probar los satélites. Por eso nos llamaron», señala. Su invento ha costado un millón de euros.
La participación de Procon es más modesta: sólo 200.000 euros. Pero no por ello menos importante: desde sus armarios eléctricos se controla el hardware del Divertor. «Nos presentamos en 2005 y dos años después ya lo teníamos. Estamos muy satisfechos», confiesa Francisco Escayola, gerente de Procon. Su proyecto estrella inmediato es el acelerador del partículas de la Autónoma de Barcelona.
Con el Divertor terminado y el encargo de hacer otros tres, el ITER avanza por otros caminos. Este proyecto de colaboración internacional científica con 10.000 millones de euros de presupuesto en su primera fase, que ya se han duplicado debido a que el proyecto tiene más de una década, concluirá en 2018, cuando el primer plasma comience a girar en el reactor de concepción rusa Tokamaw. Los siete socios principales, China, Corea, Estados Unidos, India, Japón, Rusia y la Unión Europea llevan a plazo los planes iniciados en octubre de 2007.
El socio principal es la Unión Europea, con cerca del 45% de la inversión, es el que ha logrado tener la sede del ITER, que se ubicará al sureste de Francia. Y como España no logró el ambicioso proyecto, la UE decidió que la agencia comunitaria del ITER se instale en Barcelona, donde ya es un hervidero de técnicos y abogados que tratan de impulsar al ritmo prometido la energía de fusión.
Didier Gambier es el director de esta agencia, que en el estatus comunitario recibe el nombre de Empresa Común, y que es la cuarta en suelo español de las 20 que tiene la UE repartidas. Sus instalaciones en la Ciudad Condal ya albergan 150 personas que se incrementará en 100 más a final de año. Para el momento clave del ITER se espera que 350 profesionales se muevan por sus pasillos. Su presupuesto es de 400 millones anuales y se incrementará otros 100 más en los próximos años. Serán los encargados de preparar los concursos, encargar los componentes y llevar el peso de la obra civil y el montaje final en Cadarache hasta que arranque el reactor en 2018.
Pero aquí no acaba, sino que empieza el reto de verdad: demostrar que lo que ahora es pura teoría sea posible en nuestro planeta, y además, de forma segura y sostenible.
Fuentes: