En el futuro, los reactores de fusión nuclear podrían resolver los problemas cada vez más apremiantes de abastecimiento de energía eléctrica.

27 de Julio de 2012

Cada minuto, hora, día que pasa, las fuentes tradicionales de energía, es decir, los combustibles fósiles como el petróleo, el gas natural y el carbón, se agotan. De ahí que la fusión nuclear se perfile como una de las opciones más viables para resolver, en el futuro, la crisis energética mundial.

Aunque el desarrollo de la tecnología para replicar a gran escala la misma reacción que genera energía en el Sol todavía está en sus primeras fases, científicos de todo el mundo, entre ellos Heriberto Pfeiffer Perea, del Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) de la UNAM, ya trabajan para hacer realidad ese sueño.

El objetivo es fusionar dos átomos que produzcan un elemento que no sea contaminante y, a la vez, que esa fusión nuclear genere una gran cantidad de energía.

De este modo, la propuesta a nivel mundial es llevar a cabo, en un reactor nuclear, la fusión del deuterio (²H) y el tritio (³H), ambos isótopos del hidrógeno, porque esta reacción generaría una gran cantidad de energía, helio y un neutrón.

“Por cada fusión se generarían más de 17 megaelectron-volts. La gran diferencia es que, para ello, se requerirían menos de cinco gramos de deuterio y tritio, mientras que para obtener esa misma cantidad de energía por medio de una combustión contaminante se necesita casi una tonelada de carbón”, detalló.

En la Tierra existe suficiente deuterio (una parte de él por seis mil 500 partes de hidrógeno) para abastecer durante varios miles de años los reactores de fusión nuclear.

El tritio, en cambio, es prácticamente inexistente en forma natural: sólo hay una porción por 10²º partes de hidrógeno.

“Por eso hay que producirlo artificialmente, y la forma más viable es a través de una fuente de litio. Los primeros estudios para obtenerlo, realizados entre 1970 y 1979, se enfocaron en este último y sus aleaciones metálicas; sin embargo, éstas se descartaron por sus altos índices de corrosión”, indicó.

Cerámicos de litio

Desde 1980, científicos de todo el mundo han trabajado con diversos cerámicos de litio, bajo la condición de que, además de producir tritio, presenten ciertas propiedades, como estabilidad fisicoquímica a altas temperaturas, compatibilidad con otro tipo de materiales estructurales y una adecuada transferencia de calor.

Algunos de los más estudiados son el óxido de litio, los aluminatos de litio, los silicatos de litio y los zirconatos de litio.

En su laboratorio del IIM, Pfeiffer Perea ha producido, por distintos métodos de síntesis, varios materiales cerámicos, como los aluminatos, los silicatos y los silicozirconatos de litio, que se pueden probar en la producción de tritio.

Precisamente, con su tesis doctoral sobre síntesis, caracterización y evaluación de propiedades de esos cerámicos generadores de tritio, el investigador universitario ganó en el 2001 la distinción otorgada por el Instituto de Investigaciones en Materiales de la UNAM a la mejor tesis doctoral en Ciencia de Ingeniería de Materiales.

En la reacción de fusión nuclear propuesta, los productos obtenidos serían helio (un gas inerte) y un neutrón, que se utilizaría para irradiar el litio y, consecuentemente, obtener tritio.

En efecto, si un átomo de 6Li (uno de los dos isótopos naturales del litio, con una abundancia natural de casi siete por ciento) es irradiado con neutrones, genera una reacción de fisión nuclear en la que se produce tritio (combustible de los reactores de fusión nuclear) y nuevamente helio.

“Por lo tanto, un reactor de fusión nuclear produciría tritio a partir de litio, pero no desechos radioactivos”, explicó.

Un sol en la Tierra

¿Qué falta para que se abra la posibilidad de generar energía mediante esa vía alterna que es la fusión nuclear?

“Antes que nada se debe resolver el problema que implica el contenedor de un reactor de fusión nuclear; aún no sabemos cómo contener un sol, una reacción solar, dentro del planeta”, reconoció Pfeiffer Perea.

Para ello, se han propuesto diferentes sistemas que utilizarían campos electromagnéticos o distintos tipos de rayos láser. Sin embargo, con la tecnología disponible actualmente aún no es posible edificar un reactor de esa naturaleza.

“En una conferencia mundial, un especialista sostuvo que si hoy en día se quisiera construir un reactor de fusión nuclear en algún punto del planeta, sus instalaciones tendrían que ser del tamaño de la ciudad de Ámsterdam, Holanda. Ello significa que todavía es imposible, desde el punto de vista tecnológico, construirlo”, apuntó.

Todos los reactores nucleares que hay en el mundo, incluso el de Laguna Verde en México, y los de Estados Unidos, Francia o Japón, son de fisión nuclear. En ellos, se utilizan elementos pesados como el uranio; al fisionarse sus átomos, se producen grandes cantidades de desechos radiactivos.

En un reactor de fusión nuclear, en cambio, se trataría de unir átomos y, en principio, no se producirían residuos. Esa sería una gran ventaja.

“Para tener un reactor de fusión nuclear, o lo que es lo mismo, un sol aquí, en el planeta, falta aún mucho trabajo relacionado no sólo con el contenedor y la producción de tritio, sino también con todos los sistemas alternativos y de control”.

Reactores nucleares del futuro

En el futuro, los reactores de fusión nuclear podrían resolver los problemas cada vez más apremiantes de abastecimiento de energía eléctrica.

Los indicadores actuales muestran que, dentro de 40 ó 50 años, el costo de la energía eléctrica limpia generada a partir de la fusión nuclear será comparable con el costo de la energía eléctrica producida hoy en los reactores de fisión nuclear, o a partir de los combustibles fósiles como el petróleo, el gas natural o el carbón.

Para que funcione, un reactor de fusión nuclear de tres mil megawatts necesitará 500 gramos de tritio por hora. Por consiguiente, los materiales cerámicos de litio productores de tritio deberán ser tan eficientes como sea posible.

Lea el artículo en: http://www.dgcs.unam.mx/boletin/bdboletin/2012_464.html

Boletín UNAM-DGCS-464
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