El ITER: Reactor De Fusión

3.2.- EL ITER: REACTOR DE FUSIÓN

El sol irradia desde hace millones de años y debería, según los astrofísicos, continuar otros tantos años antes de que entre en una fase que conduzca a su extinción. En el centro del sol y de las estrellas, los núcleos ligeros se combinan o fusionan para formar núcleos más pesados. Este proceso libera una energía considerable y es el origen del calor y de la luz que nosotros recibimos. Ser capaces de gestionar tales reacciones sobre la tierra con el fin de producir energía, abrirá la puerta a recursos casi ilimitados. Este es el objetivo de las investigaciones llevadas a cabo por grandes naciones industriales y en particular, por la Unión Europea.

La fusión nuclear es una reacción nuclear en la que dos núcleos de átomos ligeros, en general el hidrógeno y sus isótopos (deuterio y tritio) se unen para formar otro núcleo más pesado, liberando una gran cantidad de energía [2]. Para efectuar las reacciones de fusión nuclear se deben cumplir una seria de requisitos:

- Temperatura muy elevada para separar los electrones del núcleo y que éste se aproxime a otro venciendo las fuerzas de repulsión electrostáticas. La masa gaseosa compuesta por electrones libres y átomos altamente ionizados se denomina PLASMA.

- Confinamiento adecuado para mantener el plasma a levada temperatura durante un tiempo mínimo sin que se funda.

- Densidad del plasma suficiente para que los núcleos estén cerca unos de otros y puedan dar lugar a reacciones de fusión.

Como ya se ha comentado anteriormente, los elementos atómicos empleados normalmente en las reacciones de fusión nuclear son el Hidrógeno y sus isótopos: el Deuterio (D) y el Tritio (T). Las reacciones de fusión más importantes son [19]:

D + T --> 4He + n + 17, 6 MeV

D + D --> 3He + n + 3, 2 MeV

D + D --> T + p + 4, 03 MeV

n = neutrones

p = protones

Para que tengan lugar estas reacciones debe suministrase a los núcleos la energía cinética necesaria para que se aproximen los núcleos reaccionantes, venciendo así las fuerzas de repulsión electrostáticas. Para ello se necesita calentar el gas hasta temperaturas muy elevadas, como las que se supone que tienen lugar en el centro de las estrellas.

El gas sobrecalentado a tan elevadas temperaturas recibe el nombre de plasma. De esta forma, el requisito de cualquier reactor de fusión nuclear es confinar dicho plasma con la temperatura y la densidad lo bastante elevadas y durante el tiempo justo, con el fin de permitir que ocurran suficientes reacciones de fusión nuclear y evitando que se escapen las partículas, para obtener una ganancia neta de energía. Esta ganancia energética depende de que la energía necesaria para calentar y confinar el plasma sea menor que la energía liberada por las reacciones de fusión nuclear.

En el sol y las estrellas, las condiciones necesarias para la fusión (la temperatura, la densidad, el tiempo de confinamiento,…) se mantienen gracias a la altísima gravedad (unas 27 mayor que en la tierra), situación que no se puede dar en la tierra de forma natural. Una solución consiste en atrapar las partículas eléctricamente cargadas del plasma en un espacio reducido por la acción de un campo magnético.

La configuración magnética de mayor rendimiento es la del Tokamak [13], máquina de confinamiento desarrollada por los científicos rusos del Instituto Kurchatov en Moscú, que permite crear plasmas de alta energía. Desde su puesta en marcha a final de los años 1960, han sido recogidos avances muy importantes en relación a la comprensión de los fenómenos físicos y en las tecnologías de puesta en marcha en la construcción de herramientas experimentales. Estos resultados han sido obtenidos en numerosas instalaciones de tamaños muy distintos, concebidas en los años 1970 tomando como base el Tokamak 1 y explotadas desde el principio de los años 1980. Se pueden destacar dos acontecimientos importantes:

• Los 16 MW de potencia de fusión obtenidos en 1997 en la instalación europea JET (Joint European Tours) implantada en Culham, en Gran Bretaña.

• Las descargas record conseguidas en Tore Supra (tokamak de imanes superconductores, en explotación desde 1988 en el CEA de Cadarache) en la que una descarga de 6 minutos y 30 segundos en diciembre de 2003, condujo a la inyección y extracción de 1 Gigajulio.

Los dos ejemplos que se han reseñado ilustran los progresos considerables realizados en Europa y en el mundo. Los resultados han sido conseguidos en instalaciones experimentales especializadas, se trata de descargas de plasma de alto rendimiento pero de corta duración en el caso del JET o descargas de plasma de larga duración pero de escasa potencia en el Tore Supra.

La fusión magnética se ha desarrollado en un cuadro internacional muy abierto a razón de las aplicaciones únicamente focalizadas en la producción de energía. Las robustas respuestas a la mayoría de las preguntas suscitadas por los estudios sobre la fusión controlada han sido aportadas, pero de forma independiente. Es por ello que en la etapa actual se quiere conducir a la integración de todos estos resultados en el seno de una misma instalación: este es uno de los objetivos del proyecto internacional ITER.

ITER [20,21]- Internacional Termonuclear Experimental Reactor- es la máquina que permitirá producir 500 MW de potencia de fusión durante más de 400 segundos con la asistencia de 50 MW de potencia de calentamiento, es decir, con una amplificación de la energía de una factor 10. Su principal objetivo es probar todos los elementos necesarios para la construcción y funcionamiento de un reactor de fusión nuclear que serviría de demostración comercial, además de reunir los recursos tecnológicos y científicos de los programas de investigación desarrollados anteriormente por la Unión Soviética, Estados Unidos, Europa y Japón.

El ITER será también la primera máquina que integre la mayor parte de las tecnologías esenciales en un reactor de fusión: imanes superconductores de muy gran tamaño, refrigeración activa de los componentes haciendo frente al plasma, gestión del tritio, mantenimiento

...