La fusi¨®n nuclear y el proyecto ITER

La competencia entre Espa?a y Francia para lograr ser la sede del proyecto ITER de fusi¨®n nuclear ha puesto de manifiesto el aventurerismo y el oportunismo de algunos pol¨ªticos y cient¨ªficos. El objetivo de demostrar la viabilidad cient¨ªfica y tecnol¨®gica de un reactor de fusi¨®n que produzca electricidad a¨²n no ha sido conseguido, despu¨¦s de 50 a?os de I+D en Estados Unidos, Rusia, Jap¨®n y Europa. Por esta raz¨®n, parece muy problem¨¢tico que Espa?a hubiera podido beneficiarse de la inversi¨®n de 920 millones de euros en la construcci¨®n del ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Al contrario, lo que s¨ª ser¨ªa seguro es el da?o incalculable que este desv¨ªo de fondos causar¨ªa al conjunto de la ciencia espa?ola, privada de esta forma de unos recursos considerables.

El tritio es un elemento esencial para el ITER y s¨®lo se produce actualmente en Canad¨¢

En el programa de fusi¨®n se ha conseguido descubrir una constante f¨ªsica: los 50 a?os

Los costes totales de construcci¨®n y operaci¨®n ser¨¢n del orden de 8.000 millones de euros, y los periodos de tiempo implicados ser¨¢n 10 a?os de construcci¨®n y 20 a?os de funcionamiento. Estados Unidos se retir¨® del proyecto en 1998 y s¨®lo se ha reincorporado en enero de 2003.

Hab¨ªa cuatro candidaturas para el emplazamiento del ITER: Espa?a, Francia, Canad¨¢ y Jap¨®n. Es sintom¨¢tico que Estados Unidos, el pa¨ªs que m¨¢s ha invertido en la fusi¨®n nuclear magn¨¦tica durante los ¨²ltimos 50 a?os, no haya presentado su candidatura. En un estudio preparado en 2000 para el Congreso de Estados Unidos en el que se pasa revista al programa de fusi¨®n, Richard Rowberg inform¨® de que el gasto total en el periodo 1951-2000 se elev¨® a 14.725 millones de d¨®lares. En el periodo 1975-1980, cuando se construy¨® el Tokamak Fusion Test Reactor (TFTR) en el Laboratorio de F¨ªsica de Plasma de Princeton (PPPL), hab¨ªa esperanzas de que este experimento conducir¨ªa a una situaci¨®n pr¨®xima a un reactor comercial de fusi¨®n. El autor fue testigo de esta esperanza, ya que trabaj¨® durante 1973-74 en el PPPL en estudios te¨®ricos sobre el TFTR. El presupuesto anual alcanz¨® por esta ¨¦poca el m¨¢ximo hist¨®rico de unos 800 millones de d¨®lares. El TFTR se construy¨®, fue operado durante 1982-1997 y bati¨® los r¨¦cords mundiales existentes: primer reactor que us¨® como combustible una mezcla de deuterio y tritio al 50%, que alcanz¨® una temperatura del plasma de 510 millones de grados cent¨ªgrados (30 veces mayor que la del centro del sol) y una potencia de fusi¨®n de 10,7 megavatios durante un pulso de 1/3 de segundo, etc¨¦tera). Pero este experimento distaba mucho de un reactor que produjera electricidad. Ante la falta obvia de progreso, el Congreso redujo el presupuesto del programa de fusi¨®n a un tercio del m¨¢ximo alcanzado a principios de los ochenta, y orden¨® una revisi¨®n a fondo. Se concluy¨® que hab¨ªa que dar un ¨¦nfasis mayor a las ¨¢reas cient¨ªficas en detrimento de las tecnol¨®gicas, ante la falta de progreso significativo hacia un reactor de fusi¨®n.

Despu¨¦s del TFTR, una asociaci¨®n de pa¨ªses europeos construy¨® otro tokamak m¨¢s grande, el JET (Joint European Torus) situado en Culham (Inglaterra), que naturalmente bati¨® los r¨¦cords existentes: potencia de 16 megavatios, por encima de los 10,7 del TFTR, etc¨¦tera. Las operaciones del JET est¨¢n siendo reducidas en la actualidad, y dejar¨¢ de funcionar dentro de unos cuatro a?os. Tanto el TFTR como el JET ten¨ªan algo en com¨²n: la fusi¨®n nuclear s¨®lo fue producida mediante el suministro de energ¨ªa de fuentes exteriores al plasma; la energ¨ªa producida en la fusi¨®n era inferior a la suministrada externamente, por lo que la fusi¨®n s¨®lo se produjo durante pulsos muy cortos. El Reino Unido tampoco ha presentado su candidatura para el emplazamiento del ITER.

En la actualidad, el programa americano est¨¢ orientado a desarrollar un reactor de demostraci¨®n de fusi¨®n (un DEMO) en alg¨²n momento en los pr¨®ximos 50 a?os (en medios ajenos a los grupos de fusi¨®n se dice: "Hasta ahora en el programa de fusi¨®n se ha conseguido descubrir una nueva constante f¨ªsica: los 50 a?os"). El DEMO debe ser seguro y atractivo desde el punto de vista medioambiental, debe generar energ¨ªa el¨¦ctrica neta cuyo coste pueda extrapolarse a niveles competitivos con los del mercado, y debe usar la misma base de conocimientos de f¨ªsica de plasma y de tecnolog¨ªa que la que se utilizar¨¢, por fin, para construir el primer reactor de fusi¨®n productor de energ¨ªa el¨¦ctrica comercial. Hay que se?alar que el ITER constituye una de las etapas previas al DEMO. ITER est¨¢ dise?ado para generar hasta 500 megavatios durante una hora, y permitir¨¢ observar por primera vez un plasma encendido, en el que la mayor parte del calentamiento del plasma proviene de las reacciones de fusi¨®n, y no de la fuente externa de electricidad. En las reacciones de fusi¨®n del plasma de deuterio-tritio se liberan dos tipos de part¨ªculas: neutrones y part¨ªculas alfa (¨¢tomos de helio). Las part¨ªculas alfa calientan el plasma, por lo que pueden mantener las reacciones de fusi¨®n, es decir, el plasma producir¨¢ m¨¢s energ¨ªa que la consumida inicialmente para calentarlo hasta la temperatura de fusi¨®n.

?sta es la visi¨®n norteamericana de la fusi¨®n nuclear magn¨¦tica, para la que se dispone de un presupuesto total de 250 millones de d¨®lares anuales. Por contraste, en caso de que hubiera conseguido ser la sede del proyecto, Espa?a habr¨ªa estado dispuesta a asumir unos compromisos presupuestarios anuales durante 10 a?os del mismo orden de magnitud.

Mohamed Abdou, director del Centro de Ciencia y Tecnolog¨ªa de Fusi¨®n de la Universidad de California en Los ?ngeles, en un seminario dado en el MIT en febrero de 2003 titulado Tecnolog¨ªa Nuclear de Fusi¨®n, ha pasado revista al estado de los programas de fusi¨®n en todo el mundo. Abdou se?ala de forma inequ¨ªvoca las limitaciones del ITER: "El dise?o actual de ITER no permite realizar la mayor¨ªa de las pruebas de los componentes nucleares de un reactor de fusi¨®n".

Abdou describe un problema esencial: el problema del tritio. El ITER, como el TFTR y el JET, est¨¢ dise?ado como un reactor cuyo combustible es una mezcla de deuterio y tritio, aproximadamente al 50%. El tritio es un is¨®topo radiactivo del hidr¨®geno que es particularmente tenebroso. En forma de gas, se utiliza en las bombas de fisi¨®n para aumentar considerablemente su potencia, ya que los neutrones r¨¢pidos emitidos por la fusi¨®n del tritio consiguen una utilizaci¨®n m¨¢s completa del material fisible de plutonio o uranio. Es por supuesto un combustible esencial de las bombas de hidr¨®geno. En Estados Unidos no se produce tritio desde 1988.

El tritio para las bombas se produc¨ªa en cinco reactores de fisi¨®n en Savannah River (Carolina del Norte) construidos a principios de los cincuenta. Estos reactores se cerraron debido a problemas de seguridad y de operaci¨®n. Como la mitad de una muestra de tritio se desintegra en 12,5 a?os (su vida media), tiene que ser repuesto peri¨®dicamente en las bombas operativas, por lo que se recicla el contenido de las bombas m¨¢s viejas. El Departamento de Energ¨ªa de Estados Unidos ha establecido que necesitar¨¢ volver a producir tritio a partir de 2005. Esto requerir¨¢ grandes inversiones de capital, porque habr¨¢ que construir instalaciones especiales cuya tecnolog¨ªa a¨²n no ha sido desarrollada. Esto viene a cuento de que el tritio es un elemento esencial para el ITER. La ¨²nica fuente actual de tritio son los reactores canadienses de fisi¨®n de tipo CANDU, en donde se produce por la irradiaci¨®n del agua pesada por los neutrones. El inventario actual de tritio de los reactores CANDU es de unos 15 kilogramos, alcanzar¨¢ un m¨¢ximo de 27 kilogramos alrededor de 2025 y a partir de entonces el inventario ir¨¢ disminuyendo, a medida que estos reactores se retiran de servicio. El coste actual del tritio es de 30 millones de d¨®lares por kilogramo; una vez que se cierren los reactores CANDU, se estima que el nuevo coste ascender¨¢ a 200 millones de d¨®lares por kilogramo; es decir, 1 kilogramo de tritio costar¨¢ aproximadamente lo que cuestan 18 toneladas de oro al precio actual. Todo es asumible si es para la defensa nacional.

En el dise?o del ITER, se prev¨¦ que consumir¨¢ del orden de 1 kilogramo de tritio por a?o durante 16 a?os (unos 15-16 kilogramos en total), a partir de los 14 a?os del comienzo de la construcci¨®n. Esto supone que no se producir¨¢ tritio por la irradiaci¨®n con neutrones de la envoltura de la cavidad interior del plasma. Abdou indica que los par¨¢metros de funcionamiento del ITER no tienen los valores suficientes para poder verificar el dise?o de una envoltura reproductora que produzca tritio por irradiaci¨®n con neutrones, en cantidad superior a la que consume.

La prueba en condiciones de fusi¨®n de una envoltura reproductora es una condici¨®n crucial para poder construir un DEMO. Hay que notar que un reactor con una potencia de fusi¨®n de 1.000 megavatios consumir¨¢ unos 56 kilogramos de tritio por a?o. Por tanto, este reactor deber¨¢ producir internamente su propio tritio utilizando una envoltura reproductora adecuada.

Al principio del proyecto de fusi¨®n en los a?os cincuenta, se afirmaba: "Se obtendr¨¢ energ¨ªa el¨¦ctrica ilimitada a partir de un combustible inagotable (hidr¨®geno) obtenido del agua del mar". Esta promesa m¨¢gica fue hecha primero a Per¨®n al final de la Segunda Guerra Mundial por el aventurero austriaco Ronald Richter, un qu¨ªmico nuclear nazi con muy poca experiencia refugiado en Argentina. Despu¨¦s de unos a?os de haberle construido un laboratorio secreto, Per¨®n declar¨®: "El 16 de marzo de 1951, en la Planta Piloto de Energ¨ªa At¨®mica en la isla Huemul, de San Carlos de Bariloche, se llevaron a cabo reacciones termonucleares bajo condiciones de control en escala t¨¦cnica". Esta declaraci¨®n dio la vuelta al mundo e inspir¨® a Lyman Spitzer, profesor de astronom¨ªa en la Universidad de Princeton, a proponer a la Comisi¨®n de Energ¨ªa At¨®mica americana un proyecto sobre la fusi¨®n termonuclear. El Proyecto Matterhorn naci¨® as¨ª en 1951 y fue el comienzo del PPPL. Spitzer lo dirigi¨® hasta 1961, a?o en que, ante la falta de progreso, volvi¨® a su c¨¢tedra.

En su declaraci¨®n a la prensa el 30 de enero de 2003, anunciando la vuelta al ITER de Estados Unidos, el presidente Bush dijo: "Los resultados del ITER contribuir¨¢n a los esfuerzos para generar energ¨ªa de fusi¨®n limpia, segura, renovable y competitiva a mediados de este siglo". Se cuid¨® de respetar la nueva constante f¨ªsica: los 50 a?os.

Jos¨¦ Canosa es doctor en F¨ªsica Aplicada por la Universidad de Harvard y antiguo investigador en el Laboratorio de F¨ªsica de Plasma de Princeton.