La Universidad de Sevilla presenta un reactor de fusi¨®n nuclear para conectar a la red el¨¦ctrica en 10 a?os

El sistema energ¨¦tico actual tiene pr¨®xima su fecha de caducidad. Las reservas de fuentes f¨®siles no renovables son insuficientes para las crecientes demandas, las pol¨ªticas de descarbonizaci¨®n lo hacen obsoleto y las crisis sucesivas lo tensionan hasta l¨ªmites in¨¦ditos. El futuro pasa por una mezcla de fuentes renovables y la fusi¨®n nuclear, la generaci¨®n de energ¨ªa a partir de la uni¨®n de dos n¨²cleos de ¨¢tomos ligeros para formar otro n¨²cleo. Es imitar al Sol para disponer de una fuente inagotable, no contaminante y segura. ¡°Con un vaso de agua se abastecer¨¢ de energ¨ªa a una familia durante 80 a?os¡±, asegura Eleonora Viezzer, integrante del departamento de F¨ªsica At¨®mica, Molecular y Nuclear de la Universidad de Sevilla (US) y fundadora del grupo Ciencias de Plasma y Tecnolog¨ªas de Fusi¨®n junto con el profesor Manuel Garc¨ªa Mu?oz. Ambos han participado hoy en la presentaci¨®n del tokamak, un reactor para la fusi¨®n de part¨ªculas de plasma, instalado en el puerto de la capital andaluza para conectarse a la red el¨¦ctrica tras tres fases que se ejecutar¨¢n a lo largo de 10 a?os. La inversi¨®n inicial supera los cinco millones de euros.

El proyecto que ha incorporado Sevilla a esta carrera energ¨¦tica se denomina Fusion2Grid y en ¨¦l participan la Universidad de Princeton, el Instituto de F¨ªsica del Plasma de esta, General Atomics (California, EEUU), el Centro para Energ¨ªa de Fusi¨®n de Culham (Reino Unido), el consorcio europeo de fusi¨®n EUROfusion, la Universidad de Se¨²l y Skylife, una empresa surgida de la US y responsable de las bobinas. Este equipo ha desarrollado el tokamak de confinamiento magn¨¦tico SMART (acr¨®nimo en ingl¨¦s de Small Aspect Ratio Tokamak).

Este reactor confina el plasma de fusi¨®n (combustible) a temperaturas de hasta 100 millones de grados Celsius y altas presiones. Se utiliza deuterio y tritio, is¨®topos del hidr¨®geno m¨¢s pesados y que se pueden extraer del agua del mar (deuterio) o de la corteza terrestre (tritio). Al fusionarse, se crea una nueva part¨ªcula (Alfa) que es helio y libera una energ¨ªa de 17,6 mega-electr¨®n voltios [MeV]. Seg¨²n explica Viezzer, premio Princesa de Girona de Investigaci¨®n, una cantidad de deuterio y tritio similar a la que cabe en una cucharilla de caf¨¦ (2,5 gramos), por ejemplo, puede generar una cantidad similar de energ¨ªa a la que producir¨ªa un campo de f¨²tbol lleno de carb¨®n en combusti¨®n.

El tokamak funciona a partir de la inyecci¨®n de un haz de part¨ªculas neutras a alta energ¨ªa para acceder al modo-H, de alto confinamiento, que se caracteriza por la formaci¨®n de una barrera muy fina donde el transporte de energ¨ªa y de part¨ªculas es m¨¢s reducido que en el modo-L utilizado en otros reactores. Este modo-H produce altos gradientes de presi¨®n necesarios para la fusi¨®n y, consecuentemente, para aumentar la potencia del reactor.

Pero este proceso de alto confinamiento, al registrar gradientes de presi¨®n en el borde tan altos, genera perturbaciones magnetohidrodin¨¢micas que producen altas cargas t¨¦rmicas intermitentes en las paredes del reactor, conocidas como Edge Localized Modes (ELMs). Para afrontarlas y conseguir el equilibrio de fuerzas (compensaci¨®n de la presi¨®n del plasma con los campos producidos por las bobinas y el propio combustible), el dispositivo de la US se ha dise?ado como un tokamak esf¨¦rico compacto, diferente al dise?o tradicional en forma de rosquilla, con electroimanes superconductores de alta temperatura y que opera con triangularidad negativa del plasma (forma de D invertida). Estas caracter¨ªsticas se traducen en la capacidad de obtener el mismo confinamiento de plasma con la mitad de potencia externa, algo fundamental para la eficiencia del sistema. ¡°M¨¢s electricidad con menor coste¡±, resume Garc¨ªa Mu?oz. El inconveniente es que a¨²n no se ha estudiado la estabilidad del plasma con este modelo.

El resultado es un reactor que, por primera vez en el mundo, utilizar¨¢ esta triangularidad negativa, m¨¢s compacto, eficiente y robusto, capaz de alcanzar mayor presi¨®n y temperaturas de fusi¨®n con las que generar hasta diez millones m¨¢s de energ¨ªa por gramo que en la combusti¨®n de combustibles f¨®siles.

Con este reactor, Sevilla se incorpora a una carrera por la fusi¨®n nuclear que ya ha alcanzado el hito necesario para hacerla eficiente: generar m¨¢s energ¨ªa que la que necesita para el proceso, lo que se conoce como ganancia neta. Lo consigui¨® el pasado diciembre un equipo cient¨ªfico estadounidense en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, donde 192 haces de l¨¢ser se concentraron en un plasma de hidr¨®geno del tama?o de un ¡°grano de pimienta¡± para generar tres megajulios de energ¨ªa empleando solo dos.

En este marat¨®n cient¨ªfico hay muchos corredores. El Reino Unido espera disponer del primer prototipo de reactor en 2032 y el ITER (el consorcio de tres continentes que construye el mayor complejo en Francia) lucha por mantener los plazos dentro de esta d¨¦cada. El grupo energ¨¦tico italiano Eni, en colaboraci¨®n con el Massachusetts Institute of Technology (MIT), asegura que ¡°dispondr¨¢ de una primera planta en Estados Unidos en 2025¡å, seg¨²n M¨®nica Spada, jefa de Investigaci¨®n e Innovaci¨®n Tecnol¨®gica de la compa?¨ªa italiana. Madrid cuenta con un reactor de tecnolog¨ªa diferente (TJ II Stellarator) al de Sevilla en el Laboratorio Nacional de Fusi¨®n del CIEMAT.

La Universidad sevillana tambi¨¦n ha participado en un reciente r¨¦cord de generaci¨®n de energ¨ªa por fusi¨®n: 59 megajulios durante cinco segundos. El experimento, del consorcio EUROFusion, se llev¨® a cabo en el dispositivo europeo Joint European Torus (JET), ubicado en Oxford y que supone la mayor instalaci¨®n de fusi¨®n por confinamiento magn¨¦tico actualmente en operaci¨®n a nivel mundial. Pero el resultado arroj¨® una energ¨ªa que supon¨ªa un 70% de la empleada para generarla.

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