Capítulo 8
La competencia entre España y Francia para
lograr ser la sede del proyecto ITER (International Thermonuclear
Experimental Reactor) de fusión nuclear ha puesto de manifiesto el
aventurerismo y el oportunismo de algunos
políticos y científicos, cuando adoptan decisiones contrarias al interés
nacional. La fusión nuclear y sus perspectivas futuras siguen siendo muy
inciertas, por lo que me parece muy problemático que España hubiera podido
beneficiarse de la inversión de 920 millones de euros en la construcción de un
proyecto como el ITER, en el caso de que la candidatura española hubiese ganado
la competición internacional para el emplazamiento de este proyecto gigantesco.
Al contrario, lo que sí hubiera sido seguro es el
daño incalculable que este desvío de fondos hubiera causado al conjunto de la
ciencia española, privada de esta forma de unos recursos considerables. Los mismos
proponentes del ITER estiman que un reactor de fusión que genere energía
eléctrica comercial puede ser construido dentro de 50 años.
Había cuatro candidaturas para el emplazamiento del ITER: España,
Francia, Canadá y Japón. Es sintomático que los Estados Unidos, el país que más
ha invertido en la fusión nuclear magnética durante los últimos 50 años,
no hubiera presentado su candidatura. De hecho, el diseño inicial del ITER tenía
un coste de construcción de €10.000 millones, por lo que fue rechazado por el
consorcio ITER (Estados Unidos, Rusia,
China, Canadá, Corea del Sur, Japón y la UE) y sustituido por el diseño
actual con un coste de €4.600 millones.
Por éstas y otras razones expuestas a continuación, Estados Unidos se retiró
del proyecto en 1998, y sólo se ha reincorporado en enero de 2003. Los costes
totales de
construcción y operación serán del orden de €8.000 millones, y los períodos de
tiempo implicados serán 10 años de construcción y 20 años de funcionamiento.
Para poner en perspectiva la escala económica del proyecto ITER,
en la tabla siguiente doy una muestra de los presupuestos de I+D para fusión
magnética a lo largo de los años, obtenidos de un estudio preparado en el 2000
para el Congreso de los Estados Unidos,[2]
en el que se pasa revista al programa americano de fusión.
Tabla 7.1.
Presupuestos de I+D en fusión magnética en los Estados Unidos
(millones de dólares constantes del año 2000)
|
1960 |
196,64 |
|
1965 |
125,38 |
|
1970 |
125,99 |
|
1975 |
316,78 |
|
1980 |
723,75 |
|
1985 |
665,80 |
|
1990 |
423,21 |
|
1995 |
410,62 |
|
2000 |
250,00 |
El gasto
total en el período 1951-2000 se eleva 14.725 millones de dólares. Estos datos
son muy ilustrativos. En el período 1975-1980, cuando se construyó el Tokamak
Fusion Test Reactor (TFTR) en el Princeton Plasma Physics Laboratory
(PPPL) de la Universidad de Princeton, había esperanzas de que este experimento
conduciría a una situación próxima a un reactor comercial de fusión. El
autor fue testigo de esta esperanza, ya que trabajó durante 1973-74 en el
PPPL
en estudios teóricos y de simulación numérica sobre el transporte de energía en máquinas tokamak.[3]
El presupuesto anual alcanzó por esta época el máximo histórico de unos $800 millones.
El TFTR se construyó, fue operado durante 1982-1997, y batió los records
mundiales hasta entonces: primer reactor que usó una mezcla de deuterio y
tritio al 50%, que alcanzó una temperatura del plasma de 510 millones de grados
centígrados (30 veces mayor que la del centro del sol), y una potencia de fusión de 10,7 MW durante
un pulso de 1/3 de segundo, etc. Pero este experimento distaba mucho de un
reactor que produjera electricidad. Ante la falta obvia de progreso para lograr
este objetivo, el Congreso, que controla el dinero público independientemente del Presidente,
redujo el presupuesto del programa de fusión a 1/3 del máximo alcanzado a
principios de los 80, y ordenó una revisión a fondo del programa. Tan a fondo que pidió un examen crítico para
decidir si el proyecto de fusión debería denominarse un programa científico
básico (como el de física nuclear o física de partículas) en vez de un
programa de energía. Finalmente, se decidió llamarlo programa científico
sobre la energía de fusión. Esto significaba que había que dar un énfasis
mayor a las áreas científicas en detrimento de las tecnológicas, ante la falta
de progreso significativo hacia un reactor de fusión.
Posteriormente
al TFTR, una asociación de países europeos construyó otro tokamak más grande,
el JET (Joint European Torus) situado en Culham (Inglaterra), que
naturalmente batió los records existentes hasta entonces: mientras el TFTR
alcanzó una potencia máxima de fusión de 10,7 MW, el JET alcanzó 16 MW,
etc. Las operaciones del JET están
siendo reducidas en la actualidad, y dejará de funcionar en un período de unos
cuatro años. Tanto el TFTR como el JET tenían algo en común: la fusión nuclear
sólo fue producida mediante el suministro de energía de fuentes exteriores al
plasma; la energía producida en la fusión era inferior a la suministrada
externamente, por lo que la fusión sólo se produjo durante pulsos muy cortos.
En un debate en la Cámara de los Lores sobre la fusión, cuando un lord oyó que
se alcanzaban temperaturas de más de cien millones de grados centígrados,
comentó: “deben utilizar un termómetro muy largo para medirlas, me parece a
mi.” El Reino Unido tampoco presentó su candidatura para el emplazamiento del
ITER.
En la actualidad, el programa americano está orientado a
desarrollar un reactor de demostración de fusión (un DEMO) en algún momento en
los próximos 50 años (en medios
ajenos a los grupos de fusión, se dice: “hasta ahora en el programa de fusión
se ha conseguido descubrir una nueva constante física: los 50 años.”). El DEMO debe ser seguro y atractivo desde el punto de vista
medioambiental, debe generar energía eléctrica neta cuyo coste pueda
extrapolarse a niveles competitivos con los del mercado, y debe usar la misma
base de conocimientos de física de plasma y de tecnología que la que se
utilizará, por fin, para construir el primer reactor de fusión productor de
energía eléctrica comercial. Para abreviar, no entro en las etapas tecnológicas
que han de completarse antes de la construcción del DEMO; pero sí es preciso
señalar que el ITER constituye una de las etapas previas al DEMO.
ITER está diseñado para generar un máximo de 500 MW durante
períodos de tiempo de hasta una hora. Esto permitirá examinar por primera vez
lo que se llama un “plasma encendido”, en el que la mayor parte del
calentamiento del plasma proviene de las reacciones de fusión, y no de la
fuente externa de electricidad. En las reacciones de fusión del plasma de
deuterio-tritio se liberan dos tipos de partículas: neutrones y partículas alfa
(átomos de helio). Las partículas alfa calientan el plasma, por lo que pueden
mantener las reacciones de fusión, es decir, el plasma producirá más energía
que la consumida inicialmente para calentarlo hasta la temperatura de fusión.
El papel de los neutrones para producir tritio es esencial para un futuro
prototipo de reactor (un DEMO), y es algo que no se contempla a fondo en el
ITER.
Esta es en la
actualidad la visión americana de la fusión nuclear magnética. Por supuesto, se
puede lograr un progreso mayor gracias a las contribuciones de los otros
participantes en el ITER. El concepto básico del tokamak, un reactor de fusión
de confinamiento magnético de forma toroidal usado en la actualidad, fue
desarrollado en Rusia a principios de los 60.
Aunque
el proyecto está avalado por Estados Unidos, Rusia, China, Canadá, Corea del Sur, Japón y
la Unión Europea, esto no asegura que las dificultades críticas que todavía
existen para lograr un prototipo de reactor de fusión vayan a resolverse de
forma previsible. Los planes de Estados Unidos son más bien modestos, es decir,
quieren estar presentes con una contribución del orden del 10% de los costes,
versus el 20% que España había estado dispuesta a asumir. El presupuesto
americano actual es de $250 millones anuales para todo su programa de
fusión magnética (no sólo para el ITER). Por contraste, en caso de haber
conseguido ser la sede del proyecto, España habría estado dispuesta a asumir
unos compromisos presupuestarios anuales durante diez años del mismo orden de
magnitud que el presupuesto total actual del programa de fusión magnética de
Estados Unidos.
Si
al gobierno español le habían vendido la idea de que al final del ITER habría
energía eléctrica de fusión, con combustible “inexhaustible” de hidrógeno, sin consecuencias
negativas medioambientales importantes, etc., yo me limito a señalar que
el programa ITER, como todo el programa de fusión nuclear a nivel mundial, es
una apuesta muy arriesgada, cuya cuantía sería prudente limitar. Es posible
que, al final del ITER, es decir, 30 años después de iniciada su construcción,
la situación sea análoga a la actual: energía de fusión dentro de 50 años.
Muchos problemas y escollos serán resueltos en el ITER, pero un problema
crítico, como es la demostración de la autosuficiencia del tritio, no podrá ser
resuelto con el diseño actual del ITER.
Abdou en su seminario describe
con detalle considerable muchos de los problemas con que se enfrenta el
proyecto ITER, dando énfasis a un problema esencial: el problema del tritio. El ITER, como el TFTR y el JET, está
diseñado como un reactor cuyo “combustible” es una mezcla de deuterio y tritio,
aproximadamente al 50%.[5]
El tritio es un isótopo radiactivo del hidrógeno que apenas existe en estado
natural, y que es particularmente tenebroso. Uno de sus co-descubridores fue
Luis Alvarez, el físico americano de origen asturiano.[6]
En forma de gas, se utiliza en las bombas de fisión para aumentar
considerablemente su potencia, ya que los neutrones rápidos emitidos por la
fusión del tritio consiguen una utilización más completa del material fisible
de plutonio o uranio. Es por supuesto un combustible esencial de las bombas de
hidrógeno. En los Estados Unidos no se produce gas de tritio desde 1988.[7]
Como la mitad de una muestra de tritio se desintegra en 12,5 años (su “período
de semidesintegración”), tiene que ser repuesto periódicamente en las bombas
operativas, por lo que se “recicla” el contenido de las bombas más viejas. El
Departamento de Energía de los Estados Unidos ha establecido que necesitará
volver a producir tritio a partir de 2005. Están considerando dos vías: (1)
Irradiar litio contenido en barras especiales introducidas en reactores
comerciales de fisión de agua ligera, con lo que parte de él se transformará en
tritio; las barras radiactivas deben extraerse del reactor por medios remotos
de control, y procesadas en una Instalación de Extracción de Tritio, a
construir con un coste aproximado de $383 millones. (2) Construir un acelerador
de protones especial que produce neutrones que al irradiar helio transforman
parte de él en tritio. Un acelerador de este tipo nunca ha sido construido, y
su diseño final requiere todavía I+D.
Esto viene a cuento de que el
tritio es una bestia extraordinariamente difícil de producir y manipular, y es
un elemento esencial para el ITER. ¿De donde saldrá el tritio que tiene que
utilizarse como combustible en el ITER? La única fuente actual de tritio son
los reactores canadienses de fisión de tipo CANDU, en donde se produce por la
irradiación del agua pesada por los neutrones. El inventario actual de
tritio de los reactores CANDU es de unos 15 kg, alcanzará un máximo de 27 kg
alrededor de 2025, y a partir de entonces el inventario irá disminuyendo. Esto
sin considerar su uso en el programa de fusión; debe notarse que la producción
de tritio no se acumula, porque se desintegra continuamente. El coste actual
del tritio es de $30 millones por kg;[8]
pero una vez que se cierren los reactores CANDU, se estima que el nuevo coste
ascenderá a $200 millones por kg,[9]
es decir, 1 kg de tritio costará aproximadamente lo que cuestan 18 toneladas
de oro al precio actual. Todo es asumible si es para la defensa nacional.
En el diseño actual del ITER, se
prevé que consumirá del orden de 1 kg de
tritio por año durante 16 años (unos 15-16 kg en total), a partir de los
14 años del comienzo de la construcción. Esto supone que no se producirá tritio
por la irradiación con neutrones de la envoltura interior de la cavidad del plasma. De todos modos,
Abdou indica que los parámetros de funcionamiento del ITER no tienen los
valores suficientes para poder verificar el diseño de una envoltura
reproductora que produzca tritio por irradiación con neutrones, en cantidad
superior a la que consume. La prueba en condiciones de fusión de una envoltura
reproductora de tritio es una condición crucial para poder construir un DEMO.[10]
Hay que notar que un reactor con una potencia de fusión de 1.000 MW consumirá
unos 56 kg de tritio por año. Por tanto, este reactor deberá producir
internamente su propio tritio utilizando una envoltura reproductora adecuada.[11]
Al
principio del proyecto de fusión en los años 50, se afirmaba vagamente: “se
obtendrá energía eléctrica ilimitada a partir de un combustible inexhaustible
(hidrógeno) obtenido del agua del mar.” Esta promesa mágica fue hecha primero a
Perón al final de la Segunda Guerra Mundial por el aventurero austriaco Ronald
Richter, un químico nuclear nazi con muy poca experiencia refugiado en
Argentina. Después de unos años de haberle construido un laboratorio secreto,
Perón declaró: “El
16 de marzo de 1951, en la Planta Piloto de Energía Atómica en la isla Huemul,
de San Carlos de Bariloche, se llevaron a cabo reacciones termonucleares
bajo condiciones de control en escala técnica”. Sorprendentemente, esta declaración
dio la vuelta al mundo e inspiró a Lyman Spitzer, profesor de astronomía de la
Universidad de Princeton, a proponer a la Comisión de Energía Atómica americana
un proyecto sobre la fusión termonuclear. El Proyecto Matterhorn nació así en
1951 y fue el comienzo del PPPL. Spitzer lo dirigió hasta 1961, año en que,
ante la falta de progreso, volvió a su cátedra para continuar sus
investigaciones sobre los plasmas interestelares.
En su declaración a la prensa el 30 de
enero de 2003, anunciando la vuelta al ITER de los Estados Unidos, el
Presidente Bush dijo: “Los resultados del ITER contribuirán a los esfuerzos para
generar energía de fusión, limpia, segura, renovable y competitiva a mediados
de este siglo.” Se cuidó de respetar la nueva constante física: los 50 años.
La promesa mágica, hecha primero a Perón hace poco más de 50 años, sigue
viva y goza de buena salud, y continua impactando a líderes mundiales, desde
Bush a Aznar, a los que se ha convencido de que
tendremos energía de fusión dentro de 50 años.
[1] Una version reducida de este capítulo
fue publicada en El País, 10 de diciembre de 2003.
[2] Richard
E. Rowberg, Congress and the Fusion Energy Sciences Program: A Historical
Analysis, Congressional Research Service, The Library of Congress (2000). Accesible en
www.psfc.mit.edu/library/online_pubs/ congress_fusion_energy_2000.html.
[3] Véase J. Canosa and
J. Gazdag, Threshold conditions for electron trapping by nonlinear plasma
waves, Phys. Fluids
17, 2030 (1974); J. Canosa and H. Okuda, Energy transport across a magnetic
field by plasma waves, Phys. Fluids 18, 335 (1975); J. Canosa, J. Krommes, C. Oberman, H.
Okuda, K. Tsang, J.M. Dawson y T. Kamimura, Theory and Numerical
Simulation of Collective Transport of Plasma in Magnetic Fields, en
Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research (proceedings of Tokyo
Conference, November 11‑15, 1974) (IAEA, Vienna, 1975, vol. II, 177).
[4] Mohamed Abdou, Director, Fusion Science &
Technology Center at UCLA. Véase www.ucla.edu/abdou/abdou%20
presentation/2003.
[5] Sin
tritio, no se genera un número suficiente de reacciones nucleares de fusión.
[6] Véase la nota 14 de pie de página en el capítulo 2.
[7] El
tritio para las bombas se producía en cinco reactores de fisión en Savannah
River (Carolina del Norte) construidos a principios de los 50. Estos reactores
se cerraron debido a problemas de seguridad y de operación.
[8] El
tritio se utiliza en biomedicina para “marcar” compuestos farmacéuticos, porque
su radiactividad y fácil absorción permiten seguir su distribución en el organismo
después de su ingestión. La National Tritium Labelling Facility
es una instalación centralizada para estos fines que se encuentra en el
Berkeley National Laboratory en UC Berkeley (véase el capítulo 3).
[9] Véase la referencia en la nota 4 de pie de página.
[10]
Para suplir estas carencias del ITER, Abdou
propone construir un dispositivo mucho más pequeño y mucho menos costoso
que el ITER, en donde puedan probarse y experimentarse componentes nucleares,
como la envoltura reproductora de tritio, en plasmas de deuterio-tritio a
potencias reducidas de fusión.
[11]
Aunque Rusia ha ofrecido 20 kg de tritio para el ITER y Estados Unidos podría
hacer una oferta análoga, este suministro potencial es de origen militar y, por
tanto, inaceptable para una industria civil de energía de fusión.