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15 octubre 2006
El futuro de la energía de fusión
Este artículo pertenece al periódico electrónico de octubre de 2006 Compartir la ciencia - Asociaciones Mundiales. Para consultar los demás artículos de esta publicación haga clic a la derecha.
Entrevista a Norbert Holtkamp, PhD, científico que, junto con Kaname Ikeda, director general del ITER, dirigirá la construcción del reactor de fusión más grande del mundo.
El Reactor experimental termonuclear internacional (ITER, http://www.iter.org) es un proyecto internacional conjunto de investigación y desarrollo, con siete participantes del mundo, cuya meta es demostrar la factibilidad científica y técnica para utilizar la potencia de la fusión –que surge de la combinación del núcleo, o centro, de dos átomos– como fuente de energía para cubrir la creciente demanda mundial de electricidad y otras formas de energía. El ITER se construirá en Cadarache (Francia) y entrará en funcionamiento alrededor del año 2016.
Norbert Holtkamp es principal director general adjunto designado del ITER y líder de la construcción del proyecto. Nació en Alemania y ha desempeñado varias posiciones en el Deutsches Elektronen Synchroton, en Hamburgo, y en el National Accelerator Laboratory, en Illinois. Desde principios de 2001 coordinó y dirigió el diseño y construcción del acelerador de la Spallation Neutron Source (SNS), en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Recursos Energéticos de Estados Unidos. El acelerador SNS, terminado en mayo de 2006 a un costo de 1.400 millones de dólares, es una fuente de partículas subatómicas (neutrones) basada en un acelerador que abastecerá al mundo de los haces neutrónicos pulsantes más intensos del mundo para la investigación científica y el desarrollo industrial.
En un mundo donde la demanda de energía aumenta más allá de la capacidad de abastecimiento disponible, los científicos se esfuerzan por capturar la energía del sol y las estrellas y utilizarla para satisfacer la creciente demanda de nuestro planeta. La Unión Europea, Corea, India, China, Japón, Rusia y Estados Unidos están conformando la organización ITER para desarrollar este medio de generación de energía. En esta entrevista, el doctor Norbert Holtkamp, principal director general adjunto designado del ITER y el científico que dirigirá la construcción del reactor de fusión más grande del mundo, habla sobre el ITER y los avances en investigaciones sobre la fusión. El doctor Holtkamp charló con Cheryl Pellerin, redactora de asuntos científicos.
Pregunta: ¿En qué consiste el proyecto ITER?
Holtkamp: ITER es acrónimo de Reactor experimental termonuclear internacional y tiene también un significado en latín, donde Iter quiere decir "el camino". El ITER es el proyecto para construir el reactor experimental de fusión más grande del mundo. Actualmente existe una versión mucho más pequeña. El proyecto JET –Torus Europeo Conjunto, que es el reactor experimental de fusión nuclear más grande que se haya construido, comenzó a funcionar en 1983 cerca de Culham, Inglaterra. El ITER es el próximo paso para la construcción de reactores de energía de fusión para generar electricidad.
P: ¿Qué es fisión y qué es fusión?
Holtkamp: Fisión es la energía que genera la división de núcleos atómicos pesados. La fisión es un proceso que se controla con un reactor nuclear y no se controla en una bomba nuclear. Fusión es la conjunción de dos núcleos livianos. En el caso del ITER se trata básicamente de dos núcleos de hidrogeno que se combinan. Cuando ello sucede, la energía se libera y surge.
P: ¿Por qué la fusión es mejor para este proyecto que la fisión?
Holtkamp: Hay muchos reactores de fisión nuclear en funcionamiento, que actualmente se utilizan para generar electricidad, de manera que la fisión tiene la ventaja de que hoy funciona. La fusión no es algo que funcione todavía, es un proyecto de investigación. Ambas, tanto la fisión como la fusión, son procesos nucleares, fundamentalmente diferentes. La ventaja de la fusión está en que el helio, uno de los productos residuales de la reacción, no es radioactivo y el otro un neutrón, se usa parea hacer el isótopo tritium del hidrógeno, de materiales que cargan litio, que rodean el plasma [gas ionizado]. En un reactor de fisión cuando se dividen estos núcleos, las dos partes restantes son radioactivas. En un proceso de fusión, no es así, la cámara que rodea los núcleos es poco radioactiva, pero los subproductos no son radioactivos.
La gran cosa con la fusión es que el deuterio y el litio, que se emplean para producir el tritio, elementos que se usan en el proceso de la fusión, son abundantes en la tierra y el mar. No ocurre lo mismo con los reactores de fisión que usan uranio, cuya disponibilidad es limitada, o algo similar para su operación. Sin embargo, hasta ahora no es justo promover la fusión como un proceso mejor, ya que los dispositivos de fusión que este momento se construyen son experimentos de investigación, no reactores; los científicos están buscando la manera de emplear la fusión para producir energía. Si el ITER tiene éxito, será el primer dispositivo de reactor de fusión en crear significativamente más energía de la que usa. Es un paso importante.
P: ¿De dónde proviene la idea del ITER?
Holtkamp: Proviene de la cooperación internacional en la investigación de la fusión, una idea propuesta por el presidente soviético Mikhail Gorbachov en una reunión con el presidente François Mitterand y posteriormente con el presidente de Estados Unidos Ronald Reagan, en la Cumbre de Ginebra en 1985. Los tres mandatarios se reunieron y decidieron hacer algo con respecto a los recursos energéticos y ver qué otras fuentes de energía podía la ciencia hacer disponibles, para cuando se nos agoten el carbón y el petróleo. La fusión fue siempre materia de investigación muy internacional y en estas cumbres la energía es, desde luego, tema importante de discusión. Es el motor de la economía, motor de todo estado. No era una discusión científica, pero se reunieron y declararon que era algo que debía hacerse. Debiéramos combinar la capacidad intelectual del mundo, hacerlo juntos y compartir los resultados de la investigación.
P: ¿Cuáles son los objetivos científicos y técnicos del ITER y qué demostrará?
Holtkamp: El ITER será el primer reactor de fusión que produzca más energía de la que consume. Los científicos miden esto en términos de un factor simple, denominado Q. Si el ITER cumple todos los objetivos científicos creará 10 veces más energía de la que se le suministra. El último dispositivo, el JET en Inglaterra, es un prototipo más pequeño que en la etapa científica final alcanzó un Q de casi 1, lo que significa que generó tanta energía como la que insumió. El ITER será el camino para ir más allá, una demostración de la generación de energía con la fusión, para llegar a un Q de 10. La idea es usar 50 megavatios y producir 500 megavatios. Así que parte de la meta científica del proyecto ITER es primero asegurarse que pueda lograrse un Q de 10 puntos.
Otro propósito de la meta científica es que el ITER tenga un quemado muy prolongado, una pulsación prolongada hasta de una hora. El ITER es un reactor experimental de investigación y no puede crear energía todo el tiempo. Cuando el ITER comience a operar permanecerá en funcionamiento durante una hora, luego hay que apagarlo. La importancia, hasta ahora, es que los dispositivos que construimos sólo pueden quemar por pocos segundos o décimas de segundos, es lo máximo. JET logró su Q punto 1 con un consumo de casi dos segundos en una onda de pulsación de 20 segundos. Pero varios segundos no es realmente algo constante. Como con el arranque de un automóvil, poner en marcha el motor y luego apagarlo no es realmente operar un auto. Cuando usted conduce su automóvil durante media hora, éste opera en forma constante y demuestra que en realidad usted lo puede conducir.
De manera que lo que el ITER suministrará técnica y científicamente es un Q de punto 10, con quemado prolongado.
P: ¿Cuál es el calendario del proyecto ITER?
Holtkamp: Eso depende de la rapidez con que podamos formar el equipo en Cadarache y del éxito que tengan los varios participantes en la construcción de los componentes que deben aportar. A ello se suma la apropiada financiación anual del proyecto, de manea que es necesario acordar esta financiación. En general la intención es que el ITER comience a operar en 2016. No puedo prometerle que esto sea realista, porque el proceso de una planificación detallada durante el próximo año tendrá que confirmarlo. Por tanto, no estoy muy dispuesto comprometerme todavía a fijar 2016 como plazo. Una vez terminado el ITER funcionará durante 25 o 30 años.
P: ¿Podría describir las etapas del ITER?
Holtkamp: La etapa 1 ocurre antes de la construcción. Oficialmente el ITER no existe todavía como organización porque las siete partes no han firmado y ratificado los documentos. Se supone que ello suceda a finales de este año. Las partes han acordado la forma del ITER como organización internacional. Eso ya es un verdadero éxito. Demandó más o menos cuatro años el completar las negociaciones sobre cómo debe hacerse y decidir su construcción en Francia. Al mismo tiempo, si se tiene en cuenta lo que han dicho las partes, el documento del acuerdo tiene menos de dos centímetros de grosor. Es impresionante que siete partes puedan convenir en la fundación de un nuevo laboratorio internacional con menos de dos centímetros de papel.
Acabamos de iniciar la etapa de la construcción, o sea la construcción del dispositivo, de los edificios y las secciones del Tokamak [cámara en forma de anillo (toroide) para la investigar la fusión, en el que se calienta la plasma y confinada por campos magnéticos. El término tokamak proviene de la expresión rusa que significa "cámara toroidal en bobinas electromagnéticas” y luego hacer el ensamblaje y la puesta en marcha del tokamak.
La etapa de la vida operativa son los siguientes 25 o 30 años, cuando se hagan todos los experimentos. Dado que es un dispositivo experimental, el ITER no cumplirá con sus fines al día siguiente de su construcción. Quienes trabajen en el proyecto tienen que aprender a operarlo, descubrir los trucos y los problemas e insistir hasta lograr el objetivo científico fundamental y quizá ir más allá.
Luego comienza la etapa del desmantelamiento; parte de las etapas de la construcción y de la operación son para planear el desmantelamiento. Antes indiqué que los subproductos de la fusión no son muy radioactivos, sin embargo, la cámara (el recinto donde tiene lugar este proceso) es muy radioactiva. Requiere que se la desmantele y se disponga de ella sin perjudicar el medio ambiente, como sucede con cualquier otro componente radioactivo. Esa parte de la etapa del desmantelamiento tomará unos cinco años.
P: ¿Por qué es esencial para el ITER la cooperación científica internacional?
Holtkamp: La energía es un problema que atañe a todos en el mundo. Si se observa la lista de las siete partes, la Unión Europea, la República de Corea, India, China, Japón, Rusia y Estados Unidos, y se cuenta los habitantes de esos países, representan más de la mitad de la población mundial. El interés es claro y puede explicarse fácilmente. La cooperación científica es igualmente clara desde mi punto de vista. Existe conocimiento en todo el mundo sobre los dispositivos de fusión y un dispositivo complicado de esa magnitud exige, por fuerza, los mejores expertos que podamos hallar, para tener éxito. Además, la cooperación internacional tiene un gran beneficio ya que los individuos de culturas diferentes aportan ideas diferentes y en un ámbito científicamente competitivo eso conduce a lograr un dispositivo científico mejor.
P: ¿Qué sucederá al final del proyecto ITER?
Holtkamp: El programa de la fusión es muy internacional, muy amplio. Ya se anticipa que el ITER tendrá éxito y ya se piensa en el próximo paso, un reactor de fusión comercial prototipo denominado DEMO. Para que se pueda construir DEMO, primero tendrá que funcionar el proyecto ITER. Debemos alcanzar nuestras metas científicas porque eso significa que los conceptos que se proponen son factibles. No obstante, estoy de acuerdo en que siempre se debe pensar en el futuro. Por otra parte, mientras el ITER esté en operación durante 25 a 30 años, el conocimiento gradualmente mejorará y aumentará, y el próximo paso podrá definirse mejor.
(Distribuido por la Oficina de Programas de Información Internacional del Departamento de Estado de Estados Unidos. Sitio en la Web: http://www.america.gov/esp )
