Jesús García Rubiano, profesor Titular de Física de la ULPGC

Bajo el nombre de energía nuclear englobamos a todas las formas de aprovechamiento de la energía de cohesión de los núcleos atómicos para obtener otra forma de energía aprovechable, en general, eléctrica. En la práctica se distinguen dos formas de extraer la energía de los núcleos: la fisión nuclear, que es una reacción en la que se produce la división del núcleo de un elemento pesado en otros más ligeros, y el proceso contrario –la fusión nuclear– que consiste en la unión de núcleos de elementos ligeros para formar uno más pesado. En ambos casos, como consecuencia del proceso, se produce una pérdida de masa respecto a la situación inicial que se convierte en energía según la conocida ley de Einstein E = mc² . Esta energía aparece finalmente como energía térmica que puede aprovecharse mediante ciclos termodinámicos tal y como se hace en las centrales eléctricas convencionales.

La energía nuclear de fisión, lamentablemente, tiene connotaciones negativas para la mayor parte de las personas no familiarizadas con la misma. Esta fuente de energía representa, sin embargo, casi el 30% de la energía eléctrica producida en España y es el origen de más de un tercio de la producción de electricidad que se consume en el mundo. En cuanto a la energía nuclear de fusión, todavía se encuentra en fase de investigación no existiendo en la actualidad ninguna central de este tipo. En este artículo nos proponemos esbozar una breve visión del estado actual y posible futuro de la energía nuclear.

La fisión nuclear

Si bien la primera central nuclear del mundo fue la de Calder Hall, en el Reino Unido, fueron los Estados Unidos quienes, en la segunda mitad de la década de los 60, lanzaron el primer programa nuclear destinado a la generación de electricidad. Casi inmediatamente, otros países industrializados entre los que cabe destacar la Unión Soviética, Alemania, Canadá, Japón y Francia siguieron el ejemplo llevando a cabo sus propios programas de construcción y explotación de centrales nucleares. La crisis energética del petróleo de principios de los 70 proporcionó el impulso definitivo a la energía nuclear.

Este halagüeño panorama se interrumpió cuando la crisis económica de la segunda mitad de la década de los 70 estabilizó la demanda eléctrica, y los costes de inversión de las centrales nucleares en construcción se dispararon. Además en esta época comenzó a surgir el movimiento antinuclear como consecuencia de algunos accidentes (principalmente el de Three Miles Island, el más grave de la industria norteamericana) que tuvieron un fuerte impacto en la opinión pública y de la toma de conciencia de la peligrosidad y larga vida de los residuos nucleares. La combinación de estos factores junto con el accidente de la central ucraniana de Chernobyl a mediados de los ochenta, provocó una fuerte desaceleración de los programas nucleares de muchas naciones. De hecho, a principios de los noventa algunos países europeos (como Alemania, Italia o Bélgica) se plantearan el abandono definitivo de de sus programas de generación de energía nuclear.

No obstante, la industrial nuclear no se estancó, y, a partir de la experiencia adquirida en los accidentes de la década de los 70 y de Chernobyl, comenzó a revisar el diseño de las centrales nucleares desarrollando una nueva generación de reactores, los llamado reactores avanzados, que comienzan a construirse en a finales de los noventa. Esta nueva generación de reactores (entre los que podemos destacar el ABWR de General Electric, el AP-600 de Westinghouse o el genérico EPR de la unión europea) es mucho más segura y eficiente que la anterior. Así, todos los diseños incorporan elementos de seguridad pasiva que hacen que los rectores sean capaces de mitigar los accidentes durante más de 24 horas sin ninguna acción por parte del operador; además presentan barreras de contención que hacen prácticamente imposible la liberación de radiación al medioambiente, incluso en el caso de ocurrir un accidente en el se produzca la fusión del núcleo del reactor (Accidente Severo). Por otra parte, las salas de control de los nuevos reactores se diseñan utilizando las nuevas tecnologías informáticas y teniendo en cuenta los últimos avances en ingeniería del factor humano, de forma que se minimice la posibilidad de error por parte de los operadores que manejan el reactor.

En la década de los noventa la opinión pública comenzó a tener noticias del calentamiento paulatino del planeta debido al efecto invernadero provocado por la emisión de gases contaminantes, hecho que ha llevado a muchos países (entre los que se encuentra España) a firmar el protocolo de Kyoto en el que se comprometían a reducir u emisión de gases de efecto invernadero. Una de las ventajas de las centrales nucleares de fisión es su nula emisión de este tipo de gases. Este hecho, junto con los avances en seguridad y eficiencia antes comentados, ha llevado a muchos países a replantearse la moratoria nuclear o incluso sus planes de abandono para poder cumplir los compromisos de Kyoto. De hecho, en la actualidad se están construyendo nuevos reactores (basados en el diseño avanzado) sobre todo en países de asiáticos, aunque también en Europa, donde Finlandia acaba de aprobar la construcción de un EPR en los próximos años.

Otra de las objeciones que se ponen a la energía nuclear es el problema de los residuos de alta actividad que genera. En la actualidad los Estados Unidos ya han aprobado la construcción de un almacenamiento geológico profundo para sus residuos. En Europa, ningún país se ha decidido aún a dar este paso y posiblemente se deba tratar a nivel continental. No obstante, se sigue investigando en el tratamiento de los residuos con el fin de reducir su vida media y su toxicidad. En este sentido, la transmutación de los residuos en elementos de vida media corta mediante aceleradores de partículas parece ser un camino esperanzador.

La fusión nuclear

La utilización de la energía generada en la fusión nuclear viene siendo objeto de estudios científicos desde los años 50. El interés reside en la gran cantidad de energía liberada en dicho proceso y la abundancia en el mar de deuterio, un isótopo del hidrógeno apto para la fusión que generaría una fuente inagotable de energía. Se puede evaluar la importancia de esta fuente de energía si recordamos que las reacciones de fusión que se producen en el Sol son el origen de la energía que nos llega de este astro. El problema radica en que el aprovechamiento de la energía de fusión pasa por recrear las condiciones de presión y temperatura que se dan en el interior del núcleo solar, donde la materia (fundamentalmente hidrógeno) se encuentra en un estado –denominado plasma– en el que los átomos has han sido despojados de sus electrones. Esto supone un reto tecnológico de proporciones colosales ya que es necesario alcanzar altas temperaturas para generar el plasma y, además, altas presiones para mantenerlo confinado el tiempo suficiente para que se produzca la reacción nuclear. Desde mediados del siglo XX los investigadores están desarrollando la tecnología de fusión siguiendo dos líneas principales: La fusión por confinamiento magnético y la fusión por confinamiento inercial.

En la tecnología de fusión por confinamiento magnético, las partículas eléctricamente cargadas del plasma quedan atrapadas en un espacio limitado por un campo magnético al estar obligadas a describir trayectorias helicoidales determinadas por las líneas de fuerza de dicho campo. De esta forma se confina el plasma y se evita que las partículas que intervienen en la reacción nuclear toquen las paredes del reactor que no soportarían las altas temperaturas. En las últimas décadas la comunidad internacional ha dedicado grandes esfuerzos a la investigación en este campo. La construcción por parte de la Unión Europea del “Joint European Torus” (JET) en el Reino Unido y los experimentos que en él se llevaron a cabo desde 1983 a 1991 permitieron demostrar la posibilidad de mantener el proceso de fusión en el plasma.

Tras los buenos resultados del JET, en 1990 se decidió continuar el programa de fusión con una instalación mayor en la que, además del reactor, se probasen sus sistemas auxiliares sin generar aún electricidad. Con este fin, se creó el Proyecto ITER “International Thermonuclear Experimental Reactor”, en el que participan la Unión Europea, Canadá, Japón, Rusia, China, Corea del Sur y EE.UU. El objetivo es determinar la viabilidad técnica y económica de la fusión nuclear por confinamiento magnético para la generación eléctrica, como fase previa a la construcción de una instalación de demostración comercial.

La otra alternativa es la fusión por confinamiento inercial, que consiste en crear un medio tan denso que las partículas no tengan prácticamente ninguna posibilidad de escapar sin chocar entre sí y producir la fusión. Básicamente consiste en hacer impactar haces láser pulsantes de alta potencia sobre una pequeña esfera de un compuesto sólido de deuterio y tritio que implosiona bajo los efectos de la onda de choque. De esta forma, en su interior se producen, durante tiempos limitados, las presiones y temperaturas necesarias para la fusión. No existen ahora proyectos de carácter internacional comparables al ITER, aunque Estados Unidos está desarrollando una gran instalación láser el NIF (Nuclear Inertial Facility) que tiene su homólogo europeo en el láser MEGAJOULE que se construye en Francia. En estas instalaciones se pretende estudiar la viabilidad de la fusión por confinamiento inercial.

Podemos concluir diciendo que la energía nuclear debe continuar estando presente como una más de las fuentes de abastecimiento de la humanidad. A corto plazo, las centrales avanzadas de fisión junto con sistemas avanzados de tratamiento de residuos y silos de almacenamiento geológico profundo tienen la capacidad de proporcionar grandes cantidades de energía sin producir efecto invernadero y a un coste razonable. A largo plazo las centrales de fusión tomarán el relevo dotando a la humanidad de una fuente prácticamente inagotable de energía.