La fusi¨®n nuclear imita el mecanismo del Sol

La b¨²squeda de una fuente de energ¨ªa limpia y perdurable ha preocupado al hombre desde el descubrimiento del fuego. La fusi¨®n nuclear toma como modelo el funcionamiento del Sol. Trata de crear un mecanismo que, por compresi¨®n de materiales ligeros y calentamiento a temperaturas de decenas de millones de grados, suponga una fuente pr¨¢cticamente inagotable de energ¨ªa. La creaci¨®n de este mecanismo se ha enfocado por dos v¨ªas: por confinamiento magn¨¦tico, como en el proyecto JET de la CEE, y por confinamiento inercial, que se explica en este reportaje a partir del trabajo de investigadores espa?oles.

Frente al peligro radiactivo de la fisi¨®n nuclear, en la fusi¨®n se plantean como ventajas de partida su limpieza y su. seguridad: no produce pr¨¢cticamente residuos radiactivos y emplea deuterio (un elemento pr¨¢cticamente 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 catedr¨¢tico Guillermo Velarde, del departamento de Energ¨ªa Nuclear de la Escuela de Ingenieros Industriales de Madrid, ha creado un modelo matem¨¢tico que imita el proceso b¨¢sico de la fusi¨®n por confinamiento inercial."Se trata de imitar un fen¨®meno que se produce en la naturaleza", dice Velarde. "Es similar al tipo de energ¨ªa que se produce en el sol. En el sol, el motor es la gravedad, que act¨²a de compresor. En la fusi¨®n 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 part¨ªculas, se produce una onda de choque de 1 bill¨®n de atm¨®sferas 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 fisi¨®n actualmente en funcionamiento en Espa?a. Idealmente es muy sencillo, pero suscita problemas tecnol¨®gicos muy complejos".

La aportaci¨®n del equipo de Velarde es la de haber creado "un c¨®digo aceptado a nivel internacional de simulaci¨®n num¨¦rico para los fen¨®menos involucrados en la fusi¨®n por confinamiento inercial, desde la deposici¨®n de la energ¨ªa en la zona exterior de la microbola hasta el quemado. ?sa fue una primera aportaci¨®n. Un c¨®digo que, por supuesto, est¨¢ abierto, porque tiene que mejorarse, pero que fue uno de los primeros", subraya Manuel Perlado, profesor titular de la c¨¢tedra de Energ¨ªa Nuclear.

Para Guillermo Velarde, "la idea de la fusi¨®n es clara y meridiana. A finales del pr¨®ximo siglo, las reservas de combustibles f¨®siles: petr¨®leo, carb¨®n, etc¨¦tera, se agotar¨¢n. Es preciso buscar otras fuentes de energ¨ªa. Las energ¨ªas complementarias o alternativas -e¨®lica, geot¨¦rmica, solar, biomasa- pueden aportar, seg¨²n los estudios ya realizados, aproximadamente, como mucho, un 5% del total de las necesidades de consumo energ¨¦tico en el pr¨®ximo siglo. Quiz¨¢, en siglos futuros, llegue al 10%.

"?De d¨®nde sacamos el 90% restante?", se pregunta el catedr¨¢tico de Energ¨ªa Nuclear: "La energ¨ªa hidr¨¢ulica, si se duplica toda la que se aprovecha en el mundo, puede aportar el 3%. La fisi¨®n nuclear es una energ¨ªa transitoria, el uranio tambi¨¦n se agota. La ¨²nica soluci¨®n es desarrollar la fusi¨®n nuclear, que es muy limpia en su primera generaci¨®n y totalmente limpia en su segunda generaci¨®n: es la energ¨ªa que utiliza la humanidad, la energ¨ªa del sol".

"Nosotros no tenemos el efecto de compresi¨®n 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 energ¨ªa", precisa Perlado. "El haz de energ¨ªa 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 fusi¨®n 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 fusi¨®n) y confinar la materia: si los elementos integrantes de la microbola no se mantienen muy juntos, la fusi¨®n no se produce.

"Se llama inercial a este procedimiento", precisa Perlado, "porque cuando se produce la implosi¨®n hay un picosegundo en que la microbola de deuterio-deuterio -empleada en las experimentaciones actuales- ha obtenido la m¨¢xima compresi¨®n. Entonces la microbola se queda quieta: ¨¦se es el instante en que se produce el quemado, la fusi¨®n. Es el momento en que todav¨ªa no se ha disgregado: hay un efecto inercial de la bola todav¨ªa implotando hacia el centro. ?se es el principio".

El combustible empleado hasta ahora en las experiencias de fusi¨®n por confinamiento inercial es el deuterio-deuterio, elemento pr¨¢cticamente inagotable, que procede del agua. Est¨¢ previsto que la primera generaci¨®n de reactores experimentales emplee estas bolas de deuterio-deuterio. La segunda generaci¨®n de reactores, aptos para producir energ¨ªa el¨¦ctrica, emplear¨¢ bolas de deuterio-tritio. El tritio es un elemento del que ¨²nicamente hay trazas en la naturaleza. Es necesario fabricarlo artificialmente. Es un elemento radiactivo de vida media muy corta. En un reactor de fusi¨®n en el que se est¨¦ empleando el ciclo deuterio-tritio existe la obligaci¨®n de que por cada neutr¨®n que se destruye en una reacci¨®n de fusi¨®n nuclear se reproduzca el n¨²cleo de tritio en la envoltura del reactor, para poderlo recuperar y reciclarlo. El motivo de la elecci¨®n de la microbola de deuterio-tritio es porque la temperatura necesaria para la fusi¨®n es menor que la que requiere una microbola de deuterio-deuterio.

Contaminaci¨®n 10.000 veces inferior

"La contaminaci¨®n radiactiva que producir¨¢n los futuros reactores de fusi¨®n nuclear empleando el deuterio-tritio ser¨¢ unas 10.000 veces inferior a la producida por los reactores de fisi¨®n nuclear actualmente instalados", dice Velarde. La diferencia b¨¢sica entre fisi¨®n y fusi¨®n es que la fisi¨®n supone la ruptura de un n¨²cleo pesado, mientras que la fusi¨®n supone la uni¨®n de dos n¨²cleos ligeros. De las dos reacciones emerge energ¨ªa. En el caso de la fisi¨®n, la energ¨ªa es m¨¢s alta que en el de la fusi¨®n. Por cada gramo de uranio fisionado se producen 24.000 kilovatios / hora de energ¨ªa, mientras que por cada, gramo de hidr¨®geno fusionado, pueden producirse tres veces m¨¢s. "Adem¨¢s, en el caso de la fusi¨®n", se?ala Perlado, "no hay residuos radiactivos. El residuo, lo que se entiende por residuo, no se produce".

En el departamento de Energ¨ªa Nuclear de la Escuela Superior de Ingenieros Industriales, dirigido por el catedr¨¢tico Guillermo Velarde, trabajan siete profesores, que compaginan la investigaci¨®n con las clases en la escuela, y 13 investigadores, la mayor¨ªa alumnos procedentes de la propia Escuela T¨¦cnica Superior de Ingenieros Industriales.

El presupuesto del departamento se compone de las aportaciones de la universidad Polit¨¦cnica de Madrid, una subvenci¨®n de 10 millones de pesetas procedente de Uni¨®n Nacional El¨¦ctrica (UNESA), y un computador cedido, "sin ning¨²n tipo de contraprestaciones", por el Ministerio de Defensa.

Adem¨¢s del departamento de Energ¨ªa Nuclear de la Escuela de Ingenieros Industriales, la Escuela de Aeron¨¢uticos de Madrid est¨¢ tambi¨¦n investigando en fusi¨®n por confinamiento inercial, centrado sobre todo en la interacci¨®n entre el laser y el plasma.

Respecto a las relaciones internacionales en el campo de la fus¨ª¨®n por confinamiento inercial, la postura de Velarde es n¨ªtida: "Nuestra idea es no perder el carro. Unimos con acuerdos verbales o escritos con los pa¨ªses m¨¢s avanzados del mundo. Con Jap¨®n y con la Uni¨®n Sovi¨¦tica -con el instituto Lebedev- tenemos acuerdos escritos, y con Estados Unidos, un acuerdo verbal. Tambi¨¦n tenemos acuerdos con instituciones suizas y alemanas. Los acuerdos establecen intercambios peri¨®dicos de investigadores -por el departamento de Energ¨ªa Nuclear de Madrid han pasado 30 investigadores extranjeros-, comunicaciones y colaboraciones".