La seguridad en el ámbito de la fusión nuclear
Mientras que la fisión nuclear obtiene energía dividiendo los núcleos atómicos, la fusión nuclear lo hace uniéndolos y liberando energía durante ese proceso. Si bien ambas reacciones atómicas producen energía modificando átomos, sus diferencias fundamentales repercuten ampliamente en la seguridad.
Las condiciones necesarias para iniciar y mantener una reacción de fusión hacen que sea imposible que se produzca un accidente como los de fisión o la fusión del núcleo a partir de una reacción en cadena. Tendrían que darse circunstancias muy excepcionales —como temperaturas que superen los 100 millones de grados Celsius— para que en las centrales de fusión nuclear se alcanzara una densidad de partículas lo suficientemente elevada para que se produjera la reacción. Dado que las reacciones de fusión solo pueden tener lugar en condiciones tan extremas, es imposible que se produzca una reacción en cadena descontrolada, explica Sehila González de Vicente, Física especializada en Fusión Nuclear del OIEA.
Las reacciones de fusión dependen de la introducción constante de combustible y el proceso es altamente sensible a cualquier variación en las condiciones de trabajo. Dado que una reacción de fusión podría interrumpirse en cuestión de segundos, el proceso es inherentemente seguro. “La fusión es un proceso autolimitante: si no se puede controlar la reacción, ella se detiene por sí sola”, añade.
Además, la fusión no produce desechos nucleares de período largo altamente radiactivos. “La fusión produce únicamente desechos radiactivos de actividad baja y no plantea ningún peligro grave”, indica la Sra. González de Vicente. Los artículos contaminados, como la vestimenta de protección, los productos de limpieza e incluso los tubos o hisopos médicos, son residuos radiactivos de actividad baja y período corto que pueden manipularse en forma segura tomando precauciones básicas.
La mayoría de los dispositivos de fusión más comunes utilizan como combustible una combinación de deuterio y tritio. Este último es un isótopo radiactivo del hidrógeno con un período de semidesintegración de 12,3 años. Como consecuencia de la reacción de fusión se liberan neutrones que colisionan contra la pared que recubre el núcleo del reactor y son absorbidos por ella, indica la Sra. González de Vicente, lo que convierte dicha pared en radiactiva. “Los neutrones reaccionan con el litio que se encuentra en la pared, lo que genera tritio que puede volver a inyectarse en el dispositivo”.
Sin embargo, existen semejanzas entre las instalaciones de fusión y las de fisión, como la manera en que se manipula el material radiactivo y el uso que se hace de los sistemas de refrigeración. “Los órganos reguladores tienen una vasta experiencia en el ámbito de la seguridad tecnológica y la seguridad física aplicadas a la fisión. Estamos trabajando con ellos para que todos los conocimientos aplicables se transfieran a la fusión —indica la Sra. González de Vicente—. Ahora bien, no hay correspondencia en todos los casos y es preciso determinar y abordar las diferencias con la fusión, como la menor cantidad y variedad de material radiactivo, la imposibilidad de que se den las condiciones para la fusión del núcleo y la ausencia de desechos de período largo. El OIEA está ayudando a facilitar esa labor.”
El ITER, el experimento de fusión más grande del mundo, ha reunido a expertos de 35 países para que trabajen en hacer que las fuentes de energía de fusión sean una realidad y a ayudar al mismo tiempo a superar los obstáculos en materia de seguridad tecnológica y seguridad física aplicables a la fusión a medida que el proyecto avanza.
Se puede alcanzar un alto nivel de seguridad si se aplican a la fusión los requisitos de seguridad pertinentes aplicables a la fisión, como las normas de seguridad del OIEA. Por ejemplo, al igual que con los reactores de fisión nuclear, las centrales de fusión propuestas también deben tener en cuenta las reglamentaciones relativas a las dosis, y conviene diseñar las instalaciones de modo que la dosis mínima sea “tan baja como sea razonablemente posible” (ALARA). Sin embargo, dadas las diferencias fundamentales en cuanto al riesgo de accidentes, es necesario aplicar un enfoque graduado para evitar reglamentar en exceso el proceso de fusión. “El problema con todas las normas de seguridad que existen es que están orientadas hacia la fisión —indica Stéphane Calpena, Jefe Adjunto del Departamento de Seguridad y Calidad de la Organización ITER—. Tenemos que extraer las normas que son pertinentes para la fusión y aplicarlas de forma proporcional al riesgo, para asegurar que la tecnología no solo es viable, sino que es realmente segura. La fusión es una nueva forma de crear energía y sigue siendo una tecnología muy joven.”
El OIEA ayuda a promover esta tecnología celebrando reuniones técnicas para expertos con el fin de intercambiar conocimientos que puedan ayudar a superar los obstáculos en materia de fusión y garantizar la seguridad de las instalaciones de fusión. La Primera Reunión Técnica Conjunta OIEA-ITER sobre Seguridad y Protección Radiológica aplicadas a la Fusión, presidida por el Sr. Calpena en noviembre de 2020, se centró en el desarrollo de una metodología para determinar los posibles tipos y cantidades de material radiactivo o peligroso en instalaciones de fusión que podría emitirse al medio ambiente, así como en la preparación de publicaciones equivalentes a las de la Colección de Normas de Seguridad del OIEA, Nº SSR-4 y SSG-12, pero para fusión. En la reunión se abordaron temas como los criterios de riesgo para las instalaciones de fusión y el diseño y la explotación de esas instalaciones. En el Taller sobre la Gestión de los Desechos Generados en la Fusión, programado para octubre de 2021, se examinará la manera en que se clasifican y se eliminan los desechos radiactivos provenientes de la producción de energía de fusión.
Para llevar a cabo la fusión nuclear en los reactores experimentales que nuestros físicos e ingenieros ya han construido debemos utilizar deuterio y tritio, dos isótopos del hidrógeno cuyos núcleos, al ser sometidos a temperaturas elevadísimas (cercanas a los doscientos millones de grados, como os adelanté al principio del artículo), comienzan a fusionarse.
Pero, ¿por qué es necesario alcanzar una temperatura tan monstruosa? Sencillamente, porque es la forma de conferir a los núcleos de deuterio y tritio, que son los componentes del combustible nuclear, la energía cinética que necesitan para que sean capaces de vencer su repulsión natural, y puedan fusionarse, originando un núcleo de helio y un neutrón.
Lo que explica esa repulsión inicial es el hecho de que ambos núcleos tienen la misma carga eléctrica, que es positiva, pero si logramos conferirles una energía cinética muy alta incrementando la temperatura de las partículas, lograremos que se acerquen lo suficiente para que la energía nuclear fuerte, que es la que mantiene unidas las partículas en el núcleo atómico, sea capaz de vencer la repulsión eléctrica y la fusión de los núcleos de deuterio y tritio tenga lugar.
¿Es realmente segura la fusión nuclear?
Sí, lo es. Y las claves para entender por qué es segura las hemos ido tratando a lo largo del artículo. A pesar de que la fisión y la fusión tienen el mismo «apellido», que no es otro que el adjetivo nuclear, tienen muy poco en común más allá del hecho de que estamos manipulando átomos. En la fusión, a diferencia de la fisión, no se producen residuos radiactivos. El resultado, como hemos visto, es un núcleo de helio, que es un elemento estable, y, por tanto, no es radiactivo.
También obtenemos un neutrón, que es el que incidirá en el isótopo del litio alojado sobre las paredes del contenedor de la botella magnética para producir nuevo tritio. Y ya está. No hay nada más. Este neutrón es esencial porque su energía (sale disparado con una energía de unos 14 megaelectronvoltios) es la que los científicos quieren utilizar para producir energía.
La razón por la que este neutrón, a diferencia del núcleo de helio que también genera el proceso de fusión, no queda confinado en el interior del campo magnético es sencilla: el neutrón carece de carga eléctrica, lo que le permite escapar y chocar con las paredes del contenedor. Una curiosidad: el neutrón está conformado por tres partículas fundamentales con carga (conocidas como cuarks), y la suma de sus cargas es cero, de ahí que digamos que carece de carga eléctrica.
El neutrón resultante de la fusión de los núcleos de deuterio y tritio sale despedido con una energía de unos 14 MeV
Algo que también debemos tener en cuenta a favor de la seguridad de los reactores de fusión nuclear es que las condiciones que nos vemos obligados a recrear para que la reacción tenga lugar son tan exigentes, como hemos visto, que, cuando no se dan, aunque sea por un solo instante, la reacción se detiene. Lo peor que puede pasar en estas circunstancias es que el reactor resulte dañado, o, incluso, destruido, con el enorme coste económico que todos podemos intuir. Pero, eso sí, no se producirá ningún tipo de cataclismo nuclear como los que han tenido lugar en Chernóbil o Fukushima.
Un último apunte, también tranquilizador: la máxima cantidad de energía que se puede liberar a través de una reacción de fusión nuclear está limitada por la cantidad de combustible que invertimos en ella, que normalmente no es muy grande, especialmente en los reactores que recurren al confinamiento inercial. Por eso no tenemos por qué temer ningún tipo de reacción «en cadena».
[1] http://explorer.bits-stl.com/charm-https-www.iaea.org/es/energia-de-fusion/la-seguridad-en-el-ambito-de-la-fusion
[2] https://www.xataka.com/investigacion/fusion-nuclear-que-retos-plantea-la-seguridad-de-esta-tecnologia-y-cuando-estara-lista
