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¿Cuál es el combustible utilizado por los reactores de fusión nuclear que próximamente llegarán? Descubre qué es el tritio y por qué en el mundo sólo se producen 20 kg al año

Por Escrito Noel Budeguer
Publicado em 08/09/2024 às 10:04
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¿Cuál es el combustible utilizado por los reactores de fusión nuclear que próximamente llegarán? Descubre qué es el tritio y por qué en el mundo sólo se producen 20 kg al año

Exploramos la fusión nuclear como la energía nuclear del futuro. Descubra cómo se produce y utiliza el tritio en reactores experimentales como el ITER.

El tritio, esencial para la energía nuclear, presente en la naturaleza es extremadamente raro. Este isótopo radiactivo del hidrógeno se produce de forma natural 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, sólo se producen unos pocos kilogramos al año en la atmósfera terrestre. De hecho, son tan pocos que los científicos estiman que podemos contarlos con los dedos.

Curiosamente, no 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 a los océanos decenas de kilogramos de este isótopo. Además, los reactores CANDU tipo nuclear, que son dispositivos de agua pesada a presión desarrollados en Canadá, también lo producen. Cada reactor de 600 MW genera alrededor de 100 g de tritio al año, lo que da como resultado 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, utilizará como combustible dos isótopos de hidrógeno: deuterio y tritio. Como acabamos de ver, el tritio es muy escaso, pero lo que se acumula actualmente en todo el planeta es suficiente para garantizar que este reactor experimental de energía de fusión tenga lo que necesita durante toda su vida operativa, que se extenderá durante aproximadamente quince años.

El tritio es un isótopo natural (también producido artificialmente) del hidrógeno y es radiactivo. Su símbolo es ³H. Su núcleo está formado por un protón y dos neutrones.

El ITER probará una estrategia innovadora para producir grandes cantidades de tritio.

El problema es que tras ITER vendrá DEMO, que será el reactor de demostración de fusión nuclear que pretende demostrar la viabilidad de esta tecnología para producir grandes cantidades de electricidad. Y después de la DEMO, si todo va según lo planeado por los ingenieros de ITER, la primera plantas de energía comerciales de la energía de fusión nuclear. Cada uno de sus reactores necesitará entre 100 y 200 kg de tritio anualmente, por lo que está claro que las cuentas no cuadran.

Los reactores CANDU no pueden generar las grandes cantidades de tritio que necesitarán las máquinas de fusión, pero, afortunadamente, este dilema tiene solución. Uno muy ingenioso.

Estos son los plazos que gestiona actualmente el ITER para demostrar la viabilidad de la fusión nuclear. El objetivo de los científicos que trabajan en la fusión nuclear mediante confinamiento magnético, la estrategia que utilizan actualmente 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 todo el tritio que necesitan por sí solos. Que sean capaces de autoabastecerse. Este plan propone que el aporte externo de tritio sea mínimo y restringido a momentos muy concretos de la vida operativa del reactor nuclear de fusión. Parece prometedor, pero lo más interesante es cómo lo van a hacer.

Retos y soluciones tecnológicas para el autoabastecimiento de tritio

Y, sobre el papel, lo que van a hacer es sencillo: van a poner 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 eyecta con una energía de unos 14 MeV. Cuando una de estas partículas choca con uno de los átomos de litio alojados en el revestimiento de la cámara, cambia su forma. estructura, produciendo así un átomo de helio, que es un elemento químico inofensivo, y un átomo de tritio. Aquí está. Esto es exactamente lo que necesitan los reactores de energía de fusión. Sobre el papel parece una idea sencilla, pero llevarla a la práctica no es sencillo.

Los desafíos que presenta implementar las soluciones tecnológicas necesarias para el autoabastecimiento de tritio son enormes. Por un lado, es fundamental que la relación entre 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, hay que resolver el transporte del tritio desde el lugar donde se genera hasta el lugar donde se consumirá, y esto no es baladí porque es un gas que se dispersa con facilidad, especialmente a altas temperaturas. Este procedimiento presenta otros desafíos, pero estos dos son críticos. Crucemos los dedos para que la regeneración de tritio en el ITER vaya bien.

Imagen de portada: ITER

fuente: Fusion for Energy , ITER

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Noel Budeguer

De nacionalidad argentina, soy periodista y especialista en la materia. Cubro temas como ciencia, petróleo, gas, tecnología, industria automotriz, energías renovables y todas las tendencias del mercado laboral.

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