La fusión nuclear promete una energía abundante, segura y limpia. A pesar de la necesidad y la prisa por disponer de ella, lo que ayudaría decisivamente a la descarbonización del planeta, para que sea una realidad será necesario mantener el esfuerzo que posibilite generar electricidad de manera segura y económica. Los desafíos y los retos continúan. 

Texto: Pura C. Roy

La fusión es una reacción nuclear en la que dos núcleos de átomos ligeros, en general el hidrógeno y sus isótopos (deuterio y tritio), se unen para formar otro núcleo más pesado, generalmente liberando partículas en el proceso. Estas reacciones pueden absorber o liberar energía. Para que tenga lugar una reacción de fusión, es necesario alcanzar altas cotas de energía que permitan que los núcleos se aproximen a distancias muy cortas en las que la fuerza de atracción nuclear supere las fuerzas de repulsión electrostática. Existen distintas formas de conseguir esta fusión, pero la que mayor inversión ha exigido hasta ahora es la fusión por confinamiento magnético. En esta, las partículas eléctricamente cargadas del plasma son atrapadas en un espacio reducido por la acción de un campo magnético. El dispositivo más desarrollado tiene forma toroidal y es un Tokamak. El gran proyecto para ello se denomina ITER. Y no en vano ITER significa camino en latín. Aunque durante los últimos cincuenta años de experimentos en el ámbito de la fusión el rendimiento de los dispositivos se ha multiplicado, este todavía tiene que aumentar para alcanzar el nivel necesario para una central de fusión. ITER también es el acrónimo de las siglas International Thermonuclear Experimental Reactor (Reactor Experimental Termonuclear Internacional). La instalación de este proyecto se desarrolla en Cadarache, al sur de Francia, y cuenta con la colaboración de treinta y tres países. La Organización ITER es una organización intergubernamental creada mediante un acuerdo internacional firmado en 2006 y establecida formalmente el 24 de octubre de 2007 tras su ratificación por todas las Partes. Los miembros del ITER son la Unión Europea que funciona como un solo país, China, India, Japón, Corea del Sur, Rusia y los Estados Unidos. La Unión Europea aporta el 40 % de la financiación y el resto de los países aportan el 60 % restante. En los últimos años se han producido avances notables en materia de tecnología de fusión, tanto en proyectos de I+D privados como públicos. Pero, para derribar por completo los obstáculos que impiden la comercialización de la fusión, se necesitará más investigación en materiales y más ingeniería de precisión. «Siguen existiendo desafíos tecnológicos, de financiación y de recursos humanos. Al final, tenemos que admitir que llevará tiempo», comenta Mercedes Medrano, responsable de ingeniería del Laboratorio Nacional de Fusión del Ciemat. «Las obras de ITER comenzaron en 2010 en Caradache y está todavía en fase de construcción. El edificio del Tokamak ya ha recibido los primeros componentes como la parte inferior del criostato y se están instalando también líneas criogénicas. El siguiente componente fundamental, aunque todos lo son, es la cámara de vacío que se ensamblará por sectores que son aportados por siete de los socios del proyecto», explica Mercedes Medrano. Con sus 23 000 toneladas de peso y casi 30 metros de altura, el ITER será una ingeniería soberbia. El Tokamak ocupará el centro de un complejo de 180 hectáreas donde se construirán infinidad de edificios para instalaciones auxiliares. Las enormes dimensiones del ITER superarán con creces las de los reactores experimentales de fusión de mayor tamaño actualmente en funcionamiento. El reactor del ITER utiliza una combinación de sistemas caloríficos, potentes imanes y otros dispositivos para crear reacciones de fusión en plasmas extremadamente calientes y liberar así energía. Los campos magnéticos resultantes  mantienen unidas las partículas cargadas y las hacen girar dentro de la vasija del reactor, que tiene forma de toroide, o como coloquialmente se dice de dónut o rosquilla, para que puedan fusionarse y producir energía de fusión. Su poderoso campo magnético confina el plasma caliente a temperaturas extremadamente altas.

Viabilidad de la fusión 

«Entre nuestros objetivos está el demostrar la viabilidad científica y tecnológica de la fusión nuclear para ser usada en un futuro en reactores comerciales», explica Mercedes Medrano. «El ITER es una máquina experimental, una fase intermedia de lo que son laboratorios de fusión y los próximos reactores. ITER será el primer dispositivo de fusión que conseguirá una ganancia neta de energía (es decir, se produce más energía que la absorbida por el funcionamiento del sistema), así como el primer dispositivo que mantendrá la fusión durante periodos largos de tiempo. También será el primero en poner a prueba las tecnologías integradas, los materiales y la física necesarias para la producción comercial de la electricidad de fusión». Hay que tener claro, como explica Mercedes Medrano, que «el ITER no va a poner la energía generada en la red eléctrica. Como experimento que todavía es, su misión es demostrar que se pueden mantener esas reacciones con el calor generado por la energía cinética de las partículas alfa que se generan como producto de la reacción. Esto será fundamental para los futuros reactores comerciales. Será importante que las reacciones sean automantenidas y en condiciones del calentamiento extremo para mantener dichas reacciones». 

Para José Manuel Perlado, presidente del Instituto de Fusión Nuclear, de la ETSI industriales de Madrid, el ITER «es un sistema muy complejo tanto técnico como de gobernabilidad, porque al intervenir muchos actores, las técnicas de fabricación deben ser consensuadas». Para este especialista en fusión inercial, «la seguridad del sistema y las oportunas licencias comerciales serán otras cuestiones para tener en cuenta en el futuro. Pero todo ello vendrá después de que arranque el ITER». Actualmente La Autorité de Sûreté Nucléaire (ASN) es el organismo francés que vigila la seguridad del ITER. Lo que sí tiene claro José Manuel Perlado es que «con el ITER se van a aprender muchas lecciones, aunque no todo se pueda hacer». El ITER tiene como objeto hacer viable la construcción de un reactor DEMO que pueda servir de prototipo de los futuros reactores comerciales que permitan una producción regular y continua de energía, para demostrar que la fusión nuclear controlada puede generar energía eléctrica neta. Este es un paso muy importante y posiblemente en un futuro cada país tendrá el suyo cuando sean viables económicamente. Posiblemente cada país querrá tener su propia patente. La colaboración público-privada ya se está dando en el consorcio ITER. «En Europa ya hay empresas dedicadas a las aplicaciones en fusión nuclear para dar respuesta a los desafíos tecnológicos y científicos pendientes», manifiesta Mercedes Medrano. En España, la estrategia nacional en fusión se está llevando a cabo conjuntamente por el CDTI, el Ciemat y el Ministerio para la Transición Ecológica. Carlos Hidalgo, director del Laboratorio Nacional de Fusión del Ciemat, resume para Alfa cuáles son los desafíos de la fusión magnética: «Uno es demostrar que los materiales de un reactor pueden resistir un tiempo suficientemente largo en un entorno extraordinariamente hostil, sobre todo por el efecto de los neutrones energéticos. El segundo es que un reactor tiene que ser autosuficiente. El combustible que utiliza es deuterio, que es fácil de conseguir, y tritio, que inicialmente procede de reactores de fisión, pero posteriormente debe generarse en el propio reactor. El tercero es que, aunque se desarrolle una configuración magnética muy eficiente, que permita mantener la materia con temperaturas unas diez veces la del centro del Sol y con unos campos magnéticos 100 000 veces el campo magnético terrestre, siempre habrá unos flujos de energía que llegan a las paredes del rector y que en ITER serán de unos diez Mw/m2 . Es esencial desarrollar materiales que soporten esas densidades de potencia de forma continua».

Participación española

España participa en el ITER de manera muy activa. Según el CDTI, desde 2005 para las empresas españolas ha representado en torno a 2000 millones de euros y, solo en 2023, el retorno español en contrataciones ha superado los 146 millones de euros. Desde 2008, las empresas españolas han conseguido más de 650 contratos para el proyecto ITER, que ascienden a más de 1468 millones de euros. España está fabricando los primeros componentes europeos para el proyecto, y también participa en el ensamblaje de los nueve sectores de la cámara de vacío y de los 54 puertos del reactor. «Los elementos hay que soldarlos in situ. Por ello es un reto y un desafío de ingeniería. No hay precedentes en los tamaños que se manejan, esto es lo que está produciendo retrasos en la construcción. El ITER necesita grandes imanes, instrumentación sofisticada, desarrollo, diseño de sistemas de diagnóstico y sistemas de toma de datos. En todos estos campos trabaja España, así que nos podemos sentir muy orgullosos», afirma Mercedes Medrano. Además, la Agencia Europea de ITER, Fusion for Energy (F4E), está ubicada en Barcelona, con cuatrocientos científicos, ingenieros, personal administrativo; el 32 % de ellos son españoles. Actualmente se está ultimando la puesta en marcha de una nueva instalación LITEC (Lithium Technologies CIEMAT), un laboratorio para la investigación de soluciones tecnológicas avanzadas, cuyo principal objetivo es validar los sistemas de purificación de litio del proyecto internacional IFMIF-DONES, una infraestructura fundamental y necesaria en la que se podrán probar los materiales que se utilizarán en la construcción de los futuros reactores de fusión nuclear. Esta nueva instalación estará en Granada. Con un coste aproximado de más de 700 millones de euros, esta fuente de neutrones es uno de los pilares fundamentales del programa de fusión y representará una oportunidad industrial y tecnológica sin precedentes para las empresas españolas. Una gran inversión para probar, validar y cualificar los materiales que se utilizarán en futuras plantas de energía de fusión. 

José Manuel Perlado opina también que este proyecto será fundamental para saber la durabilidad de los materiales bajo ciertas condiciones, «no sabemos bien cómo los neutrones agreden a los materiales para producir cambios en sus propiedades mecánicas y ópticas. Se han hecho irradiaciones equivalentes, pero no con tantos neutrones que se van a dar en el reactor del ITER. Así que esto es clave. Europa tiene un gran interés y está realizando un gran esfuerzo en validar toda la tecnología del tritio». Para el investigador español Juan Knaster, que trabaja en Cadarache como representante de Fusion for Energy (F4E) en la organización ITER, «uno de los desafíos será cumplir los plazos que tenemos por delante». También opina que la representación española está muy bien proporcionada dentro de los treinta y tres países participantes del proyecto. Juan Knaster no duda en calificar al ITER, a pesar de los retrasos, como el gran proyecto en fusión magnética mundial y un ejemplo y punto de referencia para todas las startups del mundo de la fusión. Cada startup se centra en alguna tecnología específica para su desarrollo, ITER no descarta ninguna necesaria, como materiales, diagnósticos o generación del tritio. «En estos momentos se está tejiendo la colaboración pública-privada, que en el futuro será fundamental», afirma. La IAEA está involucrándose de manera muy dinámica en este aspecto con la misma visión sobre ITER que Juan Knaster menciona. Juan Knaster no tiene duda al afirmar que España aporta muchísimo, «es uno de los países de referencia a nivel mundial y no es una exageración afirmarlo. El Ciemat tiene un peso internacional importantísimo, como lo tendrá en el futuro laboratorio de Granada IFMIF/DONES. ITER logrará demostrar que podemos controlar el plasma con reacciones nucleares de manera estable, ya que una vez conseguido el salto a la comercialización será asequible, pero creo que no será posible tener megavatios en la red hasta muy entrados los años cuarenta». Mirando también al futuro, Mercedes Medrano piensa que los reactores de fusión comerciales a desarrollar serán más compactos: «la fusión magnética va encaminada a la compactación del sistema gracias a los superconductores de alta temperatura». Las grandes ventajas de esta energía bien merecen el esfuerzo que se está realizando. Los futuros reactores de fusión no generarán desechos nucleares de actividad alta y período largo, y en un reactor de fusión es prácticamente imposible que se produzca un accidente de fusión del núcleo. Otro dato importante es que la fusión nuclear no emite dióxido de carbono ni otros gases de efecto invernadero a la atmósfera, pero como dice José Manuel Perlado, también hay que saber que «siempre que haya neutrones habrá residuos. Por ello la legislación será importantísima». Al ITER se le considera el quinto proyecto más costoso de la historia de la ciencia, después del Proyecto Manhattan, del Programa Apolo, la Estación Espacial Internacional y el desarrollo del sistema GPS. Pero las mayores potencias tecnológicas del mundo siguen trabajando juntas en su construcción.