En un mundo hambriento de energía, la fusión nuclear es una promesa permanente de saciedad. Entre los problemas pendientes de resolver para allanar el camino de esta opción, destaca el de los materiales que deberán soportar las reacciones que se producirán en el interior de los reactores de fusión. Para resolverlo se ha puesto en marcha el proyecto IFMIF-DONES, un potente acelerador de partículas cuyo objetivo es generar neutrones de muy alta energía para cualificar esos materiales. Una iniciativa conjunta de Croacia y España, avalada por el Programa de Fusión Europeo y de varios países europeos, que propone instalar esa instalación en Escúzar, un pueblo de Granada.

Texto: Eugenia Angulo | Periodista científica

Escúzar es un pueblo a 25 kilómetros al sur de Granada, antes de llegar al mar. Tiene 791 habitantes, diez de ellos extranjeros. En todo 2018 no nació un solo niño, y tanto el cura como el alcalde anduvieron huérfanos de matrimonios. En el departamento de defunciones tuvo el cura más trabajo: diez. Pudiera ser uno de los pueblos de las soledades que tanto abundan en España, acostumbrados a ver la vida transfundirse a las ciudades.

Otro asunto hace que Escúzar tenga algo muy contemporáneo. Unos veinte años atrás se construyó en su término municipal el flamante Parque Metropolitano Industrial y Tecnológico. Con cuatro millones de metros cuadrados, había nacido con la vocación de convertirse en el mayor parque industrial de Andalucía. Hoy, apenas algo más de la mitad está ocupado por una treintena de empresas. Para el diario Granada Hoy, el parque “se convirtió en un proyecto fallido dejando unos terrenos en estado de abandono.” Un espejismo, en sueño que no fue. Una escultura incierta, una rotonda solitaria, un aeropuerto sin aviones. En este duermevela se hallaba el pueblo cuando se vio, no ya bien amarrado a su presente, sino mirando de frente al futuro. Escúzar es la propuesta conjunta de España y Croacia para construir en los terrenos abandonados de su parque industrial una máquina única: el acelerador de partículas más potente del mundo, DONES. En él se experimentarán los materiales que darán forma a los reactores de fusión del futuro. La Agencia Europea de Fusión, impulsora de DONES, anda preocupada especialmente por uno, el reactor DEMO, siguiente parada en su mapa para conseguir el sueño de una energía barata, limpia y casi inagotable. 

Entendiendo que el tiempo en fusión nuclear no es de fiar, el acuerdo que existe hoy en la Unión Europea es que, si se finalmente se aprueba la construcción de DONES en Europa, se hará en Escúzar. La propuesta española tiene a Croacia como socio principal, está avalada por el Programa Europeo de Fusión y, sobre el papel, cuenta con el apoyo de varios países europeos de peso, entre ellos Alemania, Francia, Hungría, Italia y Polonia.

De momento, la fusión nuclear es un sueño. Producir electricidad con un vaso de agua y el litio que alimenta la batería de un móvil en un mundo que consume barriles de petróleo de forma voraz, sin duda lo es. Pero también algo de pesadilla. Aquellas en las que intentas correr y no pasas de levantar levemente las rodillas. La pesadilla en los sueños de fusión se llama ITER, un experimento internacional de 25.000 millones de euros que prosigue su dolorosa construcción en Cadarache, a una hora de Marsella. Ha sufrido retrasos tras retrasos, presupuestos tras presupuestos. Y, aun así, tiene mucho de milagro: sus países socios —Europa, Estados Unidos, India, China, Japón, Rusia—, representan el 70 % de la humanidad, que se ha unido para realizar un experimento valioso: demostrar la viabilidad científica y tecnológica de la fusión produciendo un plasma que devuelva diez veces la energía que se le suministró.

En pocas palabras, ITER no encenderá ni una bombilla, —es un experimento, un reactor de potencia cero—, pero su sucesor DEMO, sí tendrá que producir electricidad de una forma realista; será lo que se llama un reactor demostrador de potencia. Si ITER es el proyecto de ingeniería más complejo de la historia, DEMO, precursor de las futuras plantas comerciales de fusión, el eslabón entre el experimento y la realidad, seguramente le supere.

Aunque aún no ha empezado a discutirse dónde se construiría y tampoco está claro que vaya a ser un proyecto internacional —los desarrollos tecnológicos que se consigan en DEMO tendrán impacto comercial lo que hará más difícil compartir información—, los socios de ITER ya están pensando cómo les gustaría que fueran sus versiones de DEMO. Europa, Japón, China y Estados Unidos han lanzado programas de ingeniería e I+D específicos. Pero hay una pregunta urgente de cuya respuesta depende la existencia misma de este reactor, sea como sea, se construya donde se construya: ¿qué materiales podrán sobrevivir al medio hostil que encontrarán en el corazón de DEMO?

Un inhóspito ambiente

No hay nada más sencillo en este mundo que un átomo de hidrógeno, y qué prodigio de la naturaleza que, cuando los físicos ponen en contacto a dos de ellos, y les obligan a vencer, a base de temperatura y presión, su gigantesca repulsión inicial, ocurra una reacción íntima tan poderosa, tan fundamental, que libera una cantidad de energía apabullante, una tremenda capacidad de hacer algo. Si ese algo es simplemente dejar que la reacción ocurra sin control, se logró con éxito hace 70 años cuando la primera bomba de hidrógeno explotó sobre el atolón de Eniwetok, en las Islas Marshall. Una parte del atolón desapareció para siempre. Pero controlar la fuerza de esta reacción es algo que lleva intentándose 70 años.

La máquina que los físicos ha inventado para ello es un lugar extraño: se necesita aportar tanto calor y tanta presión a la reacción que su interior se vuelve más caliente que el mismo centro del Sol, las temperaturas rugiendo a más de cien millones de grados. Además, se producen un montón de neutrones muy especiales, de alta energía, que, al carecer de carga, no se pueden dirigir a ninguna parte, y quedan rebotando sin control contra las paredes del reactor, dañando los materiales y poniendo en riesgo la supervivencia de la estructura.

Los materiales que formen DEMO y los futuros reactores comerciales de fusión tendrán que aguantar estas condiciones durante tiempos suficientemente largos para sea rentable. Los programas de fusión de Europa, Japón y Estados Unidos han ido desarrollando varios tipos de materiales, pero no saben cómo reaccionarán a la realidad inhóspita que encontrarán en DEMO. Necesitan probarlos, pero a día hoy no existe ninguna fuente en el mundo capaz de generar estos neutrones de tanta energía.

IFMIF-DONES —formalmente, International Fusion Materials Irradiation Facility-Demo Oriented NEutron Source— es la máquina que Europa ha ideado para recrear la realidad inhóspita de DEMO. Los materiales que sobrevivan a un tiempo en su interior habrán sido, en jerga técnica, validados y licenciados. Es un proyecto a dos tiempos: primero vendría IFMIF-DONES, una versión simplificada, más sencilla, para obtener cuanto antes información y que se construiría en Escúzar. En un futuro impredecible, podría ampliarse a IFMIF a secas. Y la instalación original, dado su carácter modular, podría ser la candidata ideal para la instalación ampliada.

A grandes rasgos, DONES es una máquina formada por un acelerador de iones de deuterio, o deuterones, que se harán incidir contra un blanco de litio líquido en movimiento, el lazo de litio. En esa interacción se producen los neutrones con los que irradiarán los materiales.

Si la complejidad existe en cada parte de DONES, en el acelerador se asoma al límite de lo posible. “Hay que tener en cuenta que va a ser el más potente del mundo, no digo que sea el más grande, los del CERN son mucho más grandes, pero la corriente es tan grande, la potencia que tiene que mover es tan alta, que hace que todos los componentes del acelerador, los componentes del blanco, la gestión de las muestra, todo, esté en la frontera de lo que se puede hacer en este momento en las tecnologías de aceleradores, en las tecnologías de metales líquidos, y en materiales”, explica Ángel Ibarra, jefe de la División de Tecnología del Laboratorio Nacional de Fusión del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (Ciemat).

Ibarra es también el alma técnica de DONES. Desde 2015 dirige el grupo WPENS de EUROFusion que trabaja en su diseño de ingeniería (EUROfusion es un consorcio de los laboratorios europeos que trabajan en desarrollar el programa de fusión). Ibarra tiene un gran sentido del humor. Cuando se le pregunta por los avances de ITER, se echa a reír. Cuando la pregunta trata del enrevesado camino de DONES por Europa, también. Pese a ello, se declara optimista. El verano pasado en Rokkasho, en el norte de Japón, Ibarra y un grupo de expertos japoneses y europeos que trabajan en ciertos prototipos de DONES consiguieron un récord mundial: transmitir la corriente más alta, 125 mA, transmitida nunca en un acelerador.

La colaboración entre Europa y Japón se engloba dentro de The Broader Approach, un acuerdo que firmaron en 2007 para construir prototipos de las partes más complicadas de DONES, concretamente, la parte de baja energía del acelerador y el lazo de litio. El acuerdo ha finalizado este año y se ha extendido para la explotación de estas máquinas, pero con ellas no se irradiarán materiales, “son prototipos, para comprobar que sabemos cómo manejarlos y que el diseño técnico puede funcionar”, explica el físico español. El prototipo del lazo de litio se construyó, se probó durante un tiempo relativamente largo y se desmanteló, ofreciendo unos resultados que Ibarra califica como positivos.

El acelerador huele a Mediterráneo. España, Francia e Italia se encargan de su construcción y todos los componentes, salvo uno, están ya en Japón. “Naturalmente no se puede poner todo en marcha de golpe y lo que estamos haciendo es una puesta en marcha, digamos, por fases. Primero se puso en marcha el inyector, naturalmente hubo un montón de problemas y dificultades, pero se vio que funcionaba. A continuación, se ha puesto en marcha el RFQ (uno de los dispositivos que intervienen en el proceso) y hemos comprobado que funciona bien en modo pulsado, es decir, con relativamente pocos deuterones. Ahora lo que falta es demostrar que puede hacerse en modo continuo”, detalla. El equipo espera que el año que viene funcione con todos los componentes. Y después, que tenga éxito.

“Naturalmente todo va mucho más despacio de lo que se esperaba. Primero porque es el acelerador de corriente más alta que se ha construido nunca. Al arrancar hay muchas cosas que no funcionan bien y que hay que arreglar porque claro, los componentes del acelerador se han construido en distintos países y aunque ha habido una coordinación entre todos, cuando los pones juntos hay problemas.Y además es que montar una cosa en el norte de Japón no es fácil. Probablemente no hay suficiente gente trabajando allí, debería haber más y, digamos, también hay dificultades de gestión, que las cosas funcionen adecuadamente”, opina Ibarra.

Granada en el epicentro del futuro

Si hay una instalación que en este momento lidera el programa mundial de fusión nuclear es ITER. “Desde el punto de vista tecnológico, la siguiente va a ser DONES, lo que significa que España va a estar colocada en una posición privilegiada a nivel mundial. No habrá otra instalación como DONES y de los resultados que salgan de allí dependerá la velocidad, e incluso la posibilidad, de tener o no tener ese reactor de fusión DEMO”, explica Carlos Alejaldre, director del comité ejecutivo encargado de preparar la propuesta española de DONES.

“Tenemos que validar y licenciar sus materiales de primera pared porque el organismo encargado de la seguridad nuclear del país en que se construya querrá conocer perfectamente cómo se comportan los materiales bajo irradiación. Esa información solo la podremos dar desde DONES. Con lo cual, se construya DEMO en China, Japón, EE. UU., Rusia o Europa, el valor del conocimiento que va a salir de DONES va a ser único en el mundo. En ese sentido, cualitativamente, es poner Granada en el epicentro de la fusión mundial”, añade.

Carlos Alejaldre es el actual director general del Ciemat y se dice que la calidad de la propuesta que España presentó para acoger ITER en su momento, que fue excelentemente valorada a pesar de que no ganó, tuvo mucho que ver con él. Alejaldre también tiene un gran sentido del humor y pocas dudas de que en 2021 se formalizará el acuerdo político a nivel europeo que confirme la construcción de DONES.

“Creemos que es perfectamente posible. El compromiso español es muy fuerte y creo que eso ha sido entendido por toda Europa”. Tal es la confianza que los primeros laboratorios ya empiezan a levantarse en los desamparados terrenos de Escúzar motu proprio, con aportaciones de la Junta de Andalucía y el Gobierno central. En este punto, la historia ya no es tan contemporánea: los tres niveles de la Administración, central, autonómico y local, están remando en la misma dirección.

Y luego está la economía. Según los cálculos de Ibarra, la actividad económica que DONES generaría en la zona sería del orden de los 2.000 millones de euros. “Al final con una inversión de 100, 150 o 200 millones, estás generando un retorno por valor de 2.000. Ojalá pudiéramos hacerlo todos los días. Pero también está el retorno científico, que es más difícil de medir, pero el hecho de que tengas una instalación única en el mundo, porque durante muchos años no va a haber ninguna parecida a esta, hará que los que trabajen y hagan experimentos allí, estén en la frontera de lo que se puede hacer. Desde el punto de vista técnico estamos listos”. Aunque es una máquina orientada a hacer estudios de materiales para fusión, los neutrones tan especiales que produce podrán aplicarse en otras áreas del conocimiento, como biomedicina o estudios de materiales genéricos.

“DONES tiene vocación de ser un instrumento internacional. Naturalmente, al ser europeo y financiado con fondos europeos, el papel que jugarán nuestros expertos en materiales y las empresas europeas será muy importante, pero desde luego va a estar totalmente abierto. Ya estamos iniciando discusiones con otros socios de ITER para ver si estarían interesados en participar en el futuro, que conozcan bien lo que estamos haciendo y ver cómo podemos integrar también sus necesidades”, concluye Alejaldre. Uno de los países que está como observador en todos los comités es Japón. No en vano, llevan trabajando juntos en los prototipos de DONES y parece que empiezan a tener más prisa en construir su DEMO.

Imaginemos que el tiempo se comporta como debe y los plazos se cumplen. Se aprueba la construcción de DONES, produce la información de la que depende DEMO, se completa su diseño de ingeniería y en torno a 2050 empieza, con esfuerzo, a construirse en algún punto más o menos desamparado del globo. Los expertos menos sospechosos de pesimismo creen que quizás, podría producir electricidad antes de que finalice este siglo.

¿Cuántos habitantes pasearán entonces por Escúzar? ¿Cuántos niños habrán nacido a la sombra de DONES? ¿Cuántos matrimonios habrán celebrado el cura y el alcalde? ¿Qué idiomas se escucharán en sus casas blancas, sus suelos empedrados? Muchos de los científicos que llevan toda su carrera profesional, o buena parte de ella, viéndoselas con la fusión, probablemente nunca lleguen a ver cómo ilumina el mundo. Lamentablemente para el tiempo aún no hay acelerador posible. De momento.