?Qué es la fusión nuclear?

Desde que se comprendió la teoría de la fusión nuclear, en la década de 1930, los científicos —y también, cada vez más, los ingenieros— se afanan por encontrar la manera de recrear y aprovechar la fusión. El motivo es que, si se consiguiera replicar en la Tierra a escala industrial, podría proporcionar una cantidad prácticamente ilimitada de energía limpia, segura y asequible para satisfacer la demanda mundial.

La fusión podría generar cuatro veces más energía por kilogramo de combustible que la fisión (la reacción que tiene lugar en las centrales nucleares) y cerca de cuatro millones de veces más energía que la combustión de petróleo o de carbón.

En la mayoría de los conceptos de reactores de fusión que se están desarrollando se utiliza una mezcla de deuterio y tritio —átomos de hidrógeno que contienen neutrones adicionales—. En teoría, con apenas unos pocos gramos de esos reactivos se puede producir un terajulio de energía, que más o menos equivale a las necesidades energéticas de una persona en un país desarrollado a lo largo de sesenta a?os.

El combustible de fusión es abundante y de fácil acceso: el deuterio se puede extraer de manera económica del agua de mar, y el tritio en teoría se puede producir a partir de la reacción entre los neutrones que se generan en el proceso de fusión y el litio, que está presente en grandes cantidades en la naturaleza. Esos suministros de combustible durarían millones de a?os. Los futuros reactores de fusión también son intrínsecamente seguros y no se prevé que produzcan desechos nucleares de actividad alta o de período largo. Además, el proceso de fusión es difícil de iniciar y mantener, por lo que no hay riesgo de reacción descontrolada o de accidente en el núcleo del reactor; la fusión solo puede tener lugar en condiciones operacionales precisas, y, si estas no se dan (por ejemplo, en caso de suceso o de fallo del sistema), se producirá de forma natural la terminación del plasma y este perderá su energía muy rápido y se extinguirá antes de que el reactor sufra da?os prolongados.

Cabe se?alar que la fusión —al igual que la fisión — no emite a la atmósfera dióxido de carbono ni otros gases de efecto invernadero, por lo que podría constituir una fuente de electricidad baja en carbono a largo plazo a partir de la segunda mitad de este siglo.

Si bien la enorme fuerza gravitatoria del Sol induce de manera natural la fusión, para lograrla en ausencia de dicha fuerza se precisa una temperatura aún más alta que la que se alcanza en él. En la Tierra, para conseguir que el deuterio y el tritio se fusionen se necesitan temperaturas superiores a los 100 millones de grados Celsius, y al mismo tiempo se han de regular la presión y las fuerzas magnéticas, a fin de lograr un confinamiento estable del plasma y de mantener la reacción de fusión el tiempo suficiente para producir más energía que la que se necesita para iniciar la reacción. 

Aunque en los experimentos actuales se logran habitualmente condiciones muy cercanas a las necesarias en un reactor de fusión, aún es preciso mejorar las propiedades del confinamiento y la estabilidad del plasma a fin de mantener la reacción y de producir energía de manera sostenida. Científicos e ingenieros de todo el mundo siguen desarrollando y poniendo a prueba nuevos materiales y dise?ando nuevas tecnologías con miras a lograr la producción neta de energía de fusión.

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El futuro de la energía de fusión

Se están llevando a cabo investigaciones sobre la fusión nuclear y la física del plasma en más de 50 países, y hace poco unos investigadores lograron al fin por primera vez la ganancia energética científica en un experimento de fusión. Los expertos han ideado diferentes dise?os y máquinas con imanes en que tiene lugar la fusión, como estelarátores y tokamaks, pero también métodos en que se utilizan láseres, dispositivos lineales y combustibles avanzados.

El tiempo que tarde la energía de fusión en implantarse con éxito dependerá de que se movilicen recursos por conducto de la colaboración y las alianzas mundiales, y de la rapidez con que la industria sea capaz de desarrollar, validar y cualificar las tecnologías de fusión emergentes. Otra cuestión importante es desarrollar en paralelo la infraestructura nuclear necesaria, como los requisitos, normas y buenas prácticas, para que esta fuente de energía se convierta en realidad en el futuro.

Tras diez a?os dedicados al dise?o de componentes, la preparación del emplazamiento y la fabricación en distintos lugares del mundo, en 2020 comenzó en Francia el ensamblaje del ITER, la instalación internacional de fusión más grande del mundo. Se trata de un proyecto internacional cuyo objetivo es demostrar que es viable científica y tecnológicamente producir energía a partir de la fusión, y validar empíricamente la tecnología y los conceptos para las futuras centrales de demostración de la fusión productoras de electricidad, denominadas DEMO. El ITER empezará a realizar sus primeros experimentos en la segunda mitad de esta década y está previsto que los experimentos a plena potencia comiencen en 2036.

Los calendarios de las DEMO varían en función del país, pero el consenso entre los expertos es que se puede construir y poner en funcionamiento una central de fusión que produzca electricidad para 2050. En paralelo, numerosas empresas comerciales financiadas con capital privado también están logrando grandes avances en el desarrollo de conceptos para centrales de fusión, aprovechando los conocimientos técnicos generados tras a?os de actividades de investigación y desarrollo financiadas con capital público, y sostienen que se producirá electricidad a partir de la fusión incluso antes.

El OIEA lleva muchos a?os desempe?ando un papel protagonista en la investigación y el desarrollo de la fusión a escala internacional, y hace poco comenzó a apoyar el desarrollo y la implantación de las primeras tecnologías.

• En 1960, con el fin de intercambiar información sobre los avances en materia de fusión, el OIEA puso en marcha la revista Nuclear Fusion, actualmente considerada la publicación periódica de referencia en la materia. El OIEA también publica periódicamente documentos técnicos (TECDOC) y material divulgativo y didáctico sobre la fusión.
• La primera Conferencia del OIEA sobre Energía de Fusión de carácter internacional tuvo lugar en 1961 y, desde 1974, el Organismo viene convocando una conferencia bienal para fomentar el diálogo sobre los avances y logros en esa esfera. Está disponible un cortometraje sobre la historia de esta serie de conferencias.
• Desde 1971, el Consejo Internacional del OIEA de Investigaciones sobre la Fusión actúa como catalizador para establecer una mejor colaboración internacional en materia de investigación de la fusión.
• El Director General del OIEA es el depositario del Acuerdo ITER. La colaboración entre el OIEA y la Organización ITER se formalizó mediante un acuerdo de cooperación en 2008, el cual se amplió y profundizó en 2019.
• El OIEA facilita la cooperación y la coordinación internacionales en torno a las actividades de programas de DEMO de todo el mundo.
• El OIEA lleva a cabo una serie de reuniones técnicas y actividades coordinadas de investigación sobre cuestiones relacionadas con el desarrollo y la implantación de la ciencia y la tecnología de la fusión, y organiza y apoya actividades de ense?anza y capacitación sobre la fusión.
• El OIEA mantiene bases de datos numéricas con datos fundamentales para la investigación de la energía de fusión, así como el Sistema de Información de Dispositivos de Fusión (FusDIS), que recopila información sobre los dispositivos de fusión en funcionamiento, en construcción o en fase de planificación en todo el mundo.
• El OIEA está llevando a cabo un proyecto sobre las sinergias en el desarrollo tecnológico entre la fisión y la fusión nucleares para la producción de energía, y sobre la sostenibilidad a largo plazo de las instalaciones de fusión —incluida la manipulación de los desechos radiactivos— y las cuestiones jurídicas e institucionales conexas.
• El OIEA está investigando aspectos clave de seguridad de todo el ciclo de vida de las instalaciones de fusión, ámbito en que se necesitan directrices y documentos de referencia específicos.
• El OIEA apoya el estudio preliminar de viabilidad de una central de demostración de la fusión genérica.

Este artículo se publicó por primera vez en iaea.org el 31 de marzo de 2022.