La fusión nuclear imita el mecanismo del Sol

La búsqueda de una fuente de energía limpia y perdurable ha preocupado al hombre desde el descubrimiento del fuego. La fusión nuclear toma como modelo el funcionamiento del Sol. Trata de crear un mecanismo que, por compresión de materiales ligeros y calentamiento a temperaturas de decenas de millones de grados, suponga una fuente prácticamente inagotable de energía. La creación de este mecanismo se ha enfocado por dos vías: por confinamiento magnético, como en el proyecto JET de la CEE, y por confinamiento inercial, que se explica en este reportaje a partir del trabajo de investigadores españoles.

Frente al peligro radiactivo de la fisión nuclear, en la fusión se plantean como ventajas de partida su limpieza y su. seguridad: no produce prácticamente residuos radiactivos y emplea deuterio (un elemento prácticamente inagotable, se encuentra en el agua) y tritio (elemento de baja radiactividad que puede ser reciclado dentro del reactor hasta producir un ciclo cerrado). El equipo dirigido por el catedrático Guillermo Velarde, del departamento de Energía Nuclear de la Escuela de Ingenieros Industriales de Madrid, ha creado un modelo matemático que imita el proceso básico de la fusión por confinamiento inercial."Se trata de imitar un fenómeno que se produce en la naturaleza", dice Velarde. "Es similar al tipo de energía que se produce en el sol. En el sol, el motor es la gravedad, que actúa de compresor. En la fusión por confinamiento inercial tenemos una microbola -que se introduce en el reactor- similar a la cabeza de un alfiler. Al incidir sobre la microbola fotones de un laser o un haz de partículas, se produce una onda de choque de 1 billón de atmósferas que la va comprimiendo, calienta la microbola a cien millones de grados y la hace estallar. Se producen 20 microexplosiones por segundo dentro de un reactor similar a los reactores de fisión actualmente en funcionamiento en España. Idealmente es muy sencillo, pero suscita problemas tecnológicos muy complejos".

La aportación del equipo de Velarde es la de haber creado "un código aceptado a nivel internacional de simulación numérico para los fenómenos involucrados en la fusión por confinamiento inercial, desde la deposición de la energía en la zona exterior de la microbola hasta el quemado. Ésa fue una primera aportación. Un código que, por supuesto, está abierto, porque tiene que mejorarse, pero que fue uno de los primeros", subraya Manuel Perlado, profesor titular de la cátedra de Energía Nuclear.

Para Guillermo Velarde, "la idea de la fusión es clara y meridiana. A finales del próximo siglo, las reservas de combustibles fósiles: petróleo, carbón, etcétera, se agotarán. Es preciso buscar otras fuentes de energía. Las energías complementarias o alternativas -eólica, geotérmica, solar, biomasa- pueden aportar, según los estudios ya realizados, aproximadamente, como mucho, un 5% del total de las necesidades de consumo energético en el próximo siglo. Quizá, en siglos futuros, llegue al 10%.

"¿De dónde sacamos el 90% restante?", se pregunta el catedrático de Energía Nuclear: "La energía hidráulica, si se duplica toda la que se aprovecha en el mundo, puede aportar el 3%. La fisión nuclear es una energía transitoria, el uranio también se agota. La única solución es desarrollar la fusión nuclear, que es muy limpia en su primera generación y totalmente limpia en su segunda generación: es la energía que utiliza la humanidad, la energía del sol".

"Nosotros no tenemos el efecto de compresión que tiene lugar en las estrellas llamadas supernovas: el efecto que hace que la estrella se comprima es un efecto gravitatorio; para nosotros, el efecto que hace que se comprima es un haz de energía", precisa Perlado. "El haz de energía es de laser o de iones, que es absorbido por esa microbola. Como consecuencia del choque hay un calentamiento, una parte de la microbola emerge hacia el exterior y el resto de la masa de la microbola implota (se comprime) y alcanza temperaturas muy elevadas en la zona central antes de estallar".

Calentar el plasma y confinar la materia

Para los aparatos de fusión hay dos palabras clave: calentar el plasma (o calentar la materia, porque si no se calienta la materia en el orden de decenas de millones de grados kelvin no se produce fusión) y confinar la materia: si los elementos integrantes de la microbola no se mantienen muy juntos, la fusión no se produce.

"Se llama inercial a este procedimiento", precisa Perlado, "porque cuando se produce la implosión hay un picosegundo en que la microbola de deuterio-deuterio -empleada en las experimentaciones actuales- ha obtenido la máxima compresión. Entonces la microbola se queda quieta: ése es el instante en que se produce el quemado, la fusión. Es el momento en que todavía no se ha disgregado: hay un efecto inercial de la bola todavía implotando hacia el centro. Ése es el principio".

El combustible empleado hasta ahora en las experiencias de fusión por confinamiento inercial es el deuterio-deuterio, elemento prácticamente inagotable, que procede del agua. Está previsto que la primera generación de reactores experimentales emplee estas bolas de deuterio-deuterio. La segunda generación de reactores, aptos para producir energía eléctrica, empleará bolas de deuterio-tritio. El tritio es un elemento del que únicamente hay trazas en la naturaleza. Es necesario fabricarlo artificialmente. Es un elemento radiactivo de vida media muy corta. En un reactor de fusión en el que se esté empleando el ciclo deuterio-tritio existe la obligación de que por cada neutrón que se destruye en una reacción de fusión nuclear se reproduzca el núcleo de tritio en la envoltura del reactor, para poderlo recuperar y reciclarlo. El motivo de la elección de la microbola de deuterio-tritio es porque la temperatura necesaria para la fusión es menor que la que requiere una microbola de deuterio-deuterio.

Contaminación 10.000 veces inferior

"La contaminación radiactiva que producirán los futuros reactores de fusión nuclear empleando el deuterio-tritio será unas 10.000 veces inferior a la producida por los reactores de fisión nuclear actualmente instalados", dice Velarde. La diferencia básica entre fisión y fusión es que la fisión supone la ruptura de un núcleo pesado, mientras que la fusión supone la unión de dos núcleos ligeros. De las dos reacciones emerge energía. En el caso de la fisión, la energía es más alta que en el de la fusión. Por cada gramo de uranio fisionado se producen 24.000 kilovatios / hora de energía, mientras que por cada, gramo de hidrógeno fusionado, pueden producirse tres veces más. "Además, en el caso de la fusión", señala Perlado, "no hay residuos radiactivos. El residuo, lo que se entiende por residuo, no se produce".

En el departamento de Energía Nuclear de la Escuela Superior de Ingenieros Industriales, dirigido por el catedrático Guillermo Velarde, trabajan siete profesores, que compaginan la investigación con las clases en la escuela, y 13 investigadores, la mayoría alumnos procedentes de la propia Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales.

El presupuesto del departamento se compone de las aportaciones de la universidad Politécnica de Madrid, una subvención de 10 millones de pesetas procedente de Unión Nacional Eléctrica (UNESA), y un computador cedido, "sin ningún tipo de contraprestaciones", por el Ministerio de Defensa.

Además del departamento de Energía Nuclear de la Escuela de Ingenieros Industriales, la Escuela de Aeronáuticos de Madrid está también investigando en fusión por confinamiento inercial, centrado sobre todo en la interacción entre el laser y el plasma.

Respecto a las relaciones internacionales en el campo de la fusíón por confinamiento inercial, la postura de Velarde es nítida: "Nuestra idea es no perder el carro. Unimos con acuerdos verbales o escritos con los países más avanzados del mundo. Con Japón y con la Unión Soviética -con el instituto Lebedev- tenemos acuerdos escritos, y con Estados Unidos, un acuerdo verbal. También tenemos acuerdos con instituciones suizas y alemanas. Los acuerdos establecen intercambios periódicos de investigadores -por el departamento de Energía Nuclear de Madrid han pasado 30 investigadores extranjeros-, comunicaciones y colaboraciones".