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Aunque prometedora, la fusión nuclear enfrenta un desafío crítico: la escasez de tritio. El ITER desarrolla tecnologías para producir el isótopo directamente en el reactor.
El tritio, esencial para la energía nuclear, presente en la naturaleza, es extremadamente raro. Este isótopo radiactivo del hidrógeno se produce naturalmente en las capas superiores de la atmósfera mediante la interacción de los rayos cósmicos con los núcleos de los gases atmosféricos, pero su producción es muy modesta. De hecho, solo unos pocos kilogramos se producen anualmente en la atmósfera de la Tierra. Tan pocos que, de hecho, los científicos estiman que podemos contarlos con los dedos de las manos.
Curiosamente, ni todo el tritio disponible en nuestro planeta tiene un origen natural. Las pruebas nucleares atmosféricas realizadas entre el final de la Segunda Guerra Mundial y los años 80 liberaron algunas decenas de kilogramos de este isótopo en los océanos. Además, los reactores nucleares de tipo CANDU, que son dispositivos de agua pesada presurizada desarrollados en Canadá, también lo producen. Cada reactor de 600 MW genera anualmente alrededor de 100 g de tritio, resultando en una producción global anual de alrededor de 20 kg.
ITER, el reactor experimental de fusión nuclear que un consorcio internacional liderado por la Unión Europea está construyendo en Cadarache, Francia, usará como combustible dos isótopos de hidrógeno: deuterio y tritio. Como acabamos de ver, el tritio es muy escaso, pero el acumulado actualmente en todo el planeta es suficiente para garantizar que este reactor experimental de energía de fusión tenga lo necesario durante toda su vida operativa, que se extenderá por aproximadamente quince años.
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ITER probará una estrategia innovadora para producir grandes cantidades de tritio.
El problema es que después del ITER, vendrá el DEMO, que será el reactor de demostración de fusión nuclear que busca comprobar la viabilidad de esta tecnología para producir grandes cantidades de electricidad. Y después del DEMO, si todo ocurre según lo planeado por los ingenieros del ITER, surgirán las primeras plantas eléctricas comerciales de energía nuclear de fusión. Cada uno de sus reactores necesitará anualmente entre 100 y 200 kg de tritio, por lo que es evidente que las cuentas no cuadran.
Los reactores CANDU no pueden generar la gran cantidad de tritio que las máquinas de fusión necesitarán, pero, afortunadamente, este dilema tiene solución. Una muy ingeniosa.
Estos son los plazos que el ITER actualmente maneja para demostrar la viabilidad de la fusión nuclear. El propósito de los científicos que trabajan con fusión nuclear por confinamiento magnético, la estrategia utilizada actualmente por los reactores experimentales JET, en Oxford (Inglaterra), y JT-60SA, en Naka (Japón), es que los futuros reactores de energía de fusión sean capaces de generar por sí mismos todo el tritio que necesitan. Que sean capaces de autoabastecerse. Este plan propone que la contribución externa de tritio sea mínima y se restrinja a momentos muy específicos de la vida operativa del reactor de fusión nuclear. Parece prometedor, pero lo más interesante es saber cómo lo van a hacer.
Desafíos y soluciones tecnológicas para el autoabastecimiento de Tritio
Y, en papel, lo que van a hacer es simple: colocarán litio en el revestimiento que cubre el interior de la cámara de vacío del reactor de fusión. Uno de los subproductos resultantes de la fusión de un núcleo de deuterio y otro de tritio es un neutrón que se expulsa con una energía de alrededor de 14 MeV. Cuando una de estas partículas golpea uno de los átomos de litio alojados en el revestimiento de la cámara, altera su estructura, produciendo así un átomo de helio, que es un elemento químico inofensivo, y un átomo de tritio. Aquí está. Eso es exactamente lo que los reactores de energía de fusión necesitan. En papel parece una idea simple, pero ponerla en práctica no es nada fácil.
Los desafíos que la implementación de las soluciones tecnológicas necesarias para el autoabastecimiento de tritio presenta son enormes. Por un lado, es imprescindible que la tasa que relaciona los neutrones de alta energía producidos en la fusión y los átomos de tritio generados en las paredes de la cámara de vacío sea ideal. Además, es necesario resolver el transporte del tritio desde el lugar en que se genera hasta el lugar en que será consumido, y esto no es algo trivial porque es un gas que se dispersa fácilmente, especialmente a altas temperaturas. Este procedimiento presenta otros desafíos, pero estos dos son críticos. Vamos a cruzar los dedos para que la regeneración del tritio en el ITER vaya bien.
Imagen de portada: ITER
Fuente: Fusion for Energy , ITER
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