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Radiaciones y energía. Retos del futuro
La energía de fusión nuclear: estado actual y perspectivas
Carlos HIDALGO VERA
PONENTE
El programa científico del 8o Congre- so conjunto de las sociedades SEFM y SEPR comenzó con la sesión ple-
naria inaugural titulada “La energía de fusión nuclear: estado actual y perspectivas”, presentada por el Prof. Carlos Hidalgo Vera, director del Laboratorio Nacional de Fusión adscrito al CIEMAT.
La fusión nuclear es un tema de candente actualidad y perfectamente en línea con el lema del Congreso, que en esta edición ha sido “Radiaciones y energía: retos del futuro”. La generación de energía eléctrica con reactores basados en la fusión nuclear es, actualmente, la gran espe- ranza para solucionar el problema energético mundial, pero también supone un reto para todos los profesionales de la protección radiológica, que tendrán que abordar la carac- terización y medida en campos de radiación complejos y novedosos.
El profesor Hidalgo comenzó su intervención con una pregunta: ¿qué características hacen únicos a los humanos? Entre las posibles respuestas, destacó la capacidad de ima- ginar y moldear el futuro, utilizando la ciencia básica para generar desarrollos tecnológicos que, a su vez, son impulso para la investigación básica. Este “círculo virtuoso” ha permi- tido hacer algunos sueños realidad; el sueño de volar, repre- sentado ya por Ícaro en la mitología griega, personalizado en la figura de Leonardo da Vinci y reflejado en las pinturas de Goya, se superó cuando la tecnología permitió lanzar sondas al espacio exterior, permitiéndonos ver nuestro planeta, des- de más de seis mil millones de kilómetros, como un pequeño punto pálido en algún lugar de la oscuridad del Cosmos.
Los griegos veían en el firmamento imágenes mitológi- cas; ahora sabemos que algunos de esos puntos brillantes en el cielo nocturno, que fascinaban a los griegos, son galaxias que están formadas por miles de estrellas, y que la energía que las sustenta proviene de la fusión de núcleos ligeros que al unirse para formar núcleos más pesados liberan gran cantidad de energía, según la famosa ecuación de Einstein, E=∆m.c2. Esta reacción es lo que denominamos la fusión nuclear y ahora, el nuevo sueño es controlar la energía de las estrellas, la energía de fusión.
Y el hombre acaba de cumplir ese sueño. En 2002 la fusión nuclear se ha conseguido en la Tierra en dos laborato- rios, el Joint European Torus (JET) europeo y el Nuclear Igni- tion Facility (NIF) norteamericano, y la noticia ha sido lanzada al mundo como un gran hito en la historia de la humanidad.
En las estrellas, la fusión nuclear es posible gracias al con- finamiento gravitacional que se produce debido a su enorme masa. En la Tierra, existen dos estrategias para conseguir que la reacción de fusión nuclear sea viable: el confinamiento inercial y el magnético.
Ana María ROMERO
MODERADORA
En la fusión por confinamiento iner-
cial, una pequeña capa esférica sólida
que aglutina el combustible de deuterio-tritio se comprime, con radiación de láseres con alta densidad de potencia, hasta alcanzar la producción pulsada de energía de fusión. Uno de los grandes desafíos del confinamiento inercial es concentrar de manera muy simétrica la energía de los láseres sobre la diminuta bola de combustible de deuterio y el tritio para así evitar el desarrollo de inestabilidades. Los datos reciente- mente obtenidos en el Laboratorio NIF (EE.UU.) indican que este gran desafío ha sido finalmente solventado, lo cual es un gran éxito científico.
En el caso de la estrategia basada en el confinamiento magnético se requiere calentar los núcleos reaccionantes de deuterio y tritio a temperaturas unas 10 veces mayores a la del centro del Sol (15 millones de grados) y aislarlos tér- micamente del ambiente circundante mediante un intenso campo magnético, del orden de unas 100.000 veces el cam- po magnético terrestre. Estas dos condiciones, que resultan realmente exigentes en la práctica, se consiguen en diseños con geometría toroidal en los que se aprovechan fenómenos de resonancia para calentar la materia a tan altas temperatu- ras y en los que el plasma se aísla mediante la aplicación de intensos campos magnéticos, ya que ningún material podría resistir temperaturas tan elevadas.
La diferencia entre ambas estrategias estriba en que el concepto de reactor por confinamiento magnético está sufi- cientemente maduro para su extrapolación hacia una planta de energía de fusión (DEMO). Sin embargo, el desarrollo de un concepto reactor basado en la fusión inercial no tiene en la actualidad un respaldo tecnológico suficientemente madu- ro para hacerlo posible.
Recientemente, la comunidad de fusión magnética ha alcanzado un nuevo récord de energía de fusión nuclear en el laboratorio JET (Europa). Sin embargo, la ganancia de esta reacción es de aproximadamente Q = 0,5, lo que significa que es necesario emplear el doble de energía para producir la fusión nuclear que la que se consigue con la reacción.
La referencia de los esfuerzos de colaboración internacio- nal en fusión nuclear magnética es el proyecto ITER que está siendo construido en Europa por un consorcio de miembros internacionales con el objetivo de demostrar la producción de energía de fusión con alta ganancia (Q = 10). El reactor nuclear por fusión utilizará deuterio y tritio como combustible para pro- ducir partículas alfa y neutrones de alta energía (14 MeV) que se emplearán para generar energía y para producir más tritio dentro del reactor, ya que el tritio no es un isótopo abundan- te en nuestro planeta.
La construcción de un reactor de fusión presenta tres re- tos principalmente:
RADIOPROTECCIÓN • No 107 • Julio 2023
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