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Martes, 11 agosto 2015
Ingeniería

Diseño de reactor de fusión nuclear más pequeño y eficiente

La fusión nuclear, el proceso que proporciona su energía al Sol, consiste en la fusión entre núcleos de átomos, creando un elemento químico diferente y liberando energía. Es el proceso opuesto de la fisión nuclear, donde un núcleo atómico se fragmenta en trozos que pasan a ser núcleos de otros elementos químicos.

 

La fusión nuclear es medioambientalmente más benigna que la actual energía nuclear basada en la fisión y que los combustibles fósiles, no produciendo ningún gas de efecto invernadero.

 

Disponer de plantas de fusión nuclear plenamente funcionales para su uso práctico permitiría emplear una nueva fuente de energía, razonablemente segura y poco contaminante. Mientras que los reactores de fisión nuclear convencionales producen residuos nucleares que pueden tardar miles de años en dejar de tener niveles peligrosos de radiactividad, los residuos de las centrales de fusión serían mucho menos peligrosos y además de muy corta vida radiactiva, lo que evitaría el problema de su almacenamiento. Con la fusión nuclear no existe el riesgo de catástrofes nucleares como las de Fukushima Daiichi o Chernóbil. Además, para la misma masa de combustible, una central nuclear de fusión produciría 10 veces más energía que un reactor de fisión, y su fuente de combustible nuclear sería virtualmente inagotable.

 

Sin embargo, el desarrollo de un reactor nuclear de fusión nuclear es un reto tecnológicamente mucho más difícil de lo que lo fue el de los reactores de fisión nuclear. La fusión solo puede darse a temperaturas y presiones sumamente altas. Como el material está demasiado caliente para ser contenido por cualquier otro, los reactores de fusión operan manteniendo en su lugar los gases cargados eléctricamente (el denominado plasma) por medio de fuertes campos magnéticos que les impiden tocar las paredes del dispositivo.

 

La tecnología necesaria para generar y controlar adecuadamente tales campos magnéticos ha sido uno de los aspectos más difíciles en el desarrollo, aún muy primitivo, de la tecnología requerida para un reactor de fusión nuclear. Ya se trabaja en la construcción de prototipos, de entre los que sobresale el ITER, un proyecto impulsado esencialmente por Rusia, la Unión Europea, Estados Unidos, China, India, Japón y Corea del Sur.

 

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Vista en sección del nuevo reactor propuesto. Gracias a su potente nueva tecnología de electroimanes, el citado reactor, mucho más pequeño y barato, suministrará la misma cantidad de energía que un reactor de diseño convencional mucho mayor, por ejemplo el ITER. (Foto: MIT/Equipo ARC)

 

Avances recientes en tecnología de electroimanes han permitido ahora al equipo de Dennis Whyte y Brandon Sorbom, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, proponer un nuevo diseño de reactor de fusión nuclear del tipo tokamak. El ITER, y la mayoría de los reactores experimentales de fusión nuclear en los que se trabaja actualmente, son de la clase tokamak, llamada así por el nombre ruso del primer reactor de este tipo, desarrollado en Rusia en la década de 1960.

 

Una de las principales ventajas del nuevo diseño es su facilidad de construcción. En tan poco tiempo como un decenio podría estar fabricado y en funcionamiento un reactor de este modelo, según estiman sus diseñadores.

 

El nuevo reactor se ha diseñado para la investigación básica de la fusión y también como potencial prototipo de central de energía que podría producir una cantidad notable de ella. El concepto básico del reactor y sus elementos asociados se basan en principios probados y ensayados suficientemente, desarrollados a lo largo de décadas de investigación en el MIT y en otras instituciones.

 

El nuevo reactor dispondría de un campo magnético bastante más fuerte que los de los modelos actuales. Este campo mucho más potente posibilita ejercer el necesario confinamiento magnético del plasma supercaliente, es decir, del material de trabajo de una reacción de fusión, pero en un dispositivo mucho más pequeño que lo que se había concebido previamente. La reducción en tamaño, a su vez, hace a todo el sistema menos caro y más rápido de construir, y también permite incluir algunas características ingeniosas en el diseño de la central energética.

 

El voluminoso ITER, el planeado reactor de fusión más potente del mundo, que se halla en construcción en Francia, costará unos 40.000 millones de dólares. El equipo de Whyte y Sorbom estima que un reactor con el nuevo diseño y un diámetro de la mitad que el del ITER (que fue diseñado antes de que estuvieran disponibles los nuevos superconductores que constituyen una pieza clave del nuevo diseño), produciría aproximadamente la misma energía pero con un coste muy inferior y tras un período de construcción más corto.

 

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