Reproducimos el informe de la Dra. Fabiana Gennari, publicado en la serie HOJITAS DE CONOCIMIENTO que edita el Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable (iEDS) de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), a quienes agradecemos la gentileza por compartirlo.
Gran parte de la energía que se consume a nivel mundial proviene de la quema de combustibles fósiles (carbón, gas natural y petróleo). La combustión de este tipo de combustibles libera gases contaminantes como dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno y dióxido de carbono. Estos gases son los principales responsables de la lluvia ácida y del calentamiento global, con impacto negativo sobre los ecosistemas, los seres vivos y el planeta. Para enfrentar este problema, la ciencia y la tecnología hace años vienen trabajando en diferentes soluciones; entre las más importantes a futuro está la fusión nuclear.
¿Qué es la fusión nuclear?
La fusión nuclear es la reacción que le permite obtener energía a las estrellas. Es la unión de dos núcleos livianos (como deuterio y tritio) para formar un núcleo más pesado (helio) y un neutrón, con cierta pérdida de masa. La masa que se pierde es la que se transforma en energía. Es cierto que para que esta reacción sea posible se debe alcanzar una temperatura de millones de grados, pero la energía obtenida como resultado de la fusión es más de siete veces la energía que se obtiene por la quema de combustibles fósiles y puede ser más de diez veces la que se aporta para generar el mismo proceso. La reacción de fusión tiene además otras ventajas: no presenta riesgos de accidentes al no ser una reacción en cadena, y su único residuo es helio, un gas inocuo para las personas y el ambiente, con valor para la industria. Por todas estas razones, se sabe que la fusión nuclear tendrá un rol importante en la segunda mitad de este siglo.
El confinamiento
Como ya dijimos, el combustible de la fusión es una mezcla de deuterio y tritio, que a temperatura ambiente es un gas. Para posibilitar la unión entre ellos, se debe favorecer la colisión entre sus núcleos, superando la repulsión natural entre sí. Con ese fin, se aumenta su velocidad de choque al calentar el gas mezcla a millones de grados. Esto se logra manteniendo una densidad suficiente de partículas para que choquen con mucha frecuencia, por un cierto tiempo. Hay dos tecnologías que se pueden emplear para confinar, o sea contener al combustible. Una es el confinamiento magnético, donde las partículas del plasma son contenidas en un espacio definido por acción de campos magnéticos. Se obtiene así un dispositivo que tiene forma toroidal o de dona, denominado tokamak. El otro método es el confinamiento inercial, donde la mezcla gaseosa se calienta por tiempos muy cortos, lo que equivale a comprimir el combustible en un espacio muy pequeño. Antes de que el gas tenga tiempo de expandirse libremente, se produce la reacción de fusión esperada. La radiación requerida para lograr este confinamiento debe ser muy potente y se genera mediante láseres.
La participación del litio
El deuterio es una sustancia abundante en la naturaleza y es posible extraerlo, por ejemplo, del agua de mar. En cambio, el tritio no es un elemento natural, pero puede ser generado como producto secundario de los actuales reactores de fisión. En la fusión nuclear se planea generar tritio a partir de litio, sustancia disponible con abundancia en la naturaleza (en ciertas rocas, en salares y en el agua de mar). La producción de tritio a partir de litio requiere del impacto de neutrones con compuestos de litio (cerámicos y aleaciones), dentro del mismo reactor de fusión. A estos materiales se los conoce como reproductores de tritio. Los combustibles para la reacción de fusión, deuterio y litio, están disponibles con amplia distribución geográfica, y se estima habrá suficiente para la generación de energía por fusión durante millones de años.
El proyecto ITER
En Caradache, al sur de Francia, se está construyendo el tokamak más grande del mundo, llamado ITER. Es uno de los proyectos energéticos de colaboración internacional más ambiciosos del mundo actual. El objetivo del ITER es producir 500 MW de potencia térmica a partir de 50 MW de potencia entregada. También se propone demostrar la operación integrada de tecnologías de una planta de fusión. Se espera su puesta en funcionamiento para fines de 2025. La siguiente fase después del ITER, se llama DEMO e incluye la conversión de calor en electricidad. Los primeros resultados de esta fase están proyectados para 2050. El desarrollo con éxito del proyecto ITER establecerá las bases para la tecnología de fusión como fuente de energía masiva, segura y limpia.
Actividades en desarrollo
En el departamento Fisicoquímica de Materiales (CAB-CNEA) se trabaja preparando y evaluando cerámicos de litio para ser empleados como reproductores de tritio en reactores de fusión. Para ello se emplea materia prima obtenida a partir de salares argentinos y métodos de fácil traslado a gran escala. Estos cerámicos se exponen a condiciones similares a las que existen dentro del reactor para evaluar posteriormente sus propiedades. Dichas propiedades deben ser adecuadas para asegurar fácil liberación de tritio y mantenimiento de la reacción de fusión.
