lunes, 27 de julio de 2020

Estudio de Viabilidad de la Fusión Nuclear como Futura Fuente de Energía, Autor: D. Santiago Salguero Pereda



HACE MUCHOS AÑOS, CUANDO SE FUNDÓ LA ASOCIACIÓN LA VOZ DEL MINUSVÁLIDO, HARÁ UNOS 40 AÑOS, HABÍA UN TAL MIGUEL ANGEL, QUE ERA EL SECRETARIO,...LE FASCINABA LA ENERGÍA NUCLEAR,...ÉL ME ENSEÑÓ MUCHOS ASUNTOS SOBRE LAS DOS CLASES DE ENERGÍA NUCLEAR,...LA DE FUSIÓN Y LA DE FISIÓN,...


Escuela Politécnica de Ingeniería
de Minas y Energía
UNIVERSIDAD DE CANTABRIA
Trabajo Fin de Grado
Estudio de Viabilidad de la Fusión Nuclear
como Futura Fuente de Energía
(Feasibility study of nuclear fusion
as a future energy source)
GRADUADO EN INGENIERÍA DE LOS RECURSOS
Para acceder al Título de: ENERGÉTICOS
Director: D. José Ángel Mier Maza
Autor: D. Santiago Salguero Pereda Coordinador: D. Raúl Husillos Rodríguez
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda
Índice General
Índice de Figuras ..........................................................................................3
AGRADECIMIENTOS...........................................................................7

Índice de Tablas ..........................................................................................6

RESUMEN ..........................................................................................9
1.2. Las Energías Convencionales y su Agotamiento ........................................................................................ 16

1. INTRODUCCIÓN .........................................................................................11
1.1. Mix Energético: Evolución y Actualidad ........................................................................................ 13
1.3. Historia de la Energía Nuclear .........................................................................................18
2. OBJETO Y ALCANCE DEL ESTUDIO .........................................................................................31
·
1.3.1. La energía de Fisión Nuclear ........................................................................................ 20
·
1.3.2. La energía de las Estrellas: la Fusión Nuclear ........................................................................................ 23
1.4. Concepción de la Energía Nuclear en la Sociedad Española ........................................................................................ 27
3. ESTADO DEL ARTE .........................................................................................33
3.1.2.2. Confinamiento inercial ........................................................................................ 42

3.1. Análisis teórico .........................................................................................34
·
3.1.1. La fusión nuclear en la naturaleza ............................................................................ ............37
·
3.1.2. Tipos de confinamiento de un plasma ........................................................................................ 40
o
3.1.2.1. Confinamiento gravitatorio. ........................................................................................ 41
o
3.1.2.3. Confinamiento magnético .......................................................................... 44
6. CÁLCULOS REALIZADOS .........................................................................................64
·
3.1.3. Principales reactores de fusión nuclear por confinamiento magnético ............. 

45http://lukyrh.blogspot.com.es/2016/01/seaaan-rojos-y-teoricos-intelectuales.html ............... .........................................................................46 
· 
3.1.4. Reactores Tokamak experimentales: presente y futuro ........................................................................................ 48
3.2. Análisis científico .........................................................................................54
4. METODOLOGÍA .........................................................................................58
5. DESCRIPCIÓN DE LOS DATOS DEL ESTUDIO ........................................................................................ 62
8.2. Webgrafía .........................................................................................77

6.1. Resultados Obtenidos .........................................................................................65
6.2. Comparativa: Fusión vs Fisión .........................................................................................72
7. CONCLUSIONES .........................................................................................73
8. BIBLIOGRAFÍA .........................................................................................76
8.1. Bibliografía .........................................................................................77
Figura 2 - Evolución del Mix Energético en España. FUENTE: www.ree.es ........................................................................................ 13

8.3. Otros documentos de Apoyo .........................................................................................78
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 3 | P á g i n a
Índice de Figuras
Figura 1 - Sol, estrella de nuestro sistema solar, reactor de Fusión Nuclear por confinamiento gravitatorio. FUENTE:
http://www.elmundo.es/elmundo/2007/10/04/ciencia/1191487480.html ............................. ...........................................................12
Figura 3 - Cobertura de la demanda en España en 2013 (246 TWh). FUENTE. www.ree.es ......13 
http://portalacademico.cch.unam.mx/alumno/quimica1/unidad2/modelos_atomicos/modelo_

Figura 4 - Evolución estipulada hasta 2020 del Plan de Energías Renovables de España. FUENTE:
IDAE .........................................................................................15
Figura 5 - Periodo de semidesintegración de diferentes elementos. FUENTE: Universidad
Popular Carmen de Michelena Tres Cantos ................................................................................ ........17
Figura 6 - Central termosolar de acumulación por sales de La Africana Energía, en Córdoba,
España. FUENTE: http://www.africanaenergia.es/ ..................................................................... ...................18
Figura 7 - Átomo como forma más pequeña de la materia, indivisible. FUENTE:
http://www.girabsas.com/nota/4373/ ........................................................................................ 22
dalton .........................................................................................18
Figura 8 - Diferentes modelos atómicos. FUENTE:
http://www.eis.uva.es/~qgintro/atom/tutorial-04.html ............................................................ ............................19
Figura 9 - Modelo atómico. FUENTE: https://www.youtube.com/watch?v=zF-MX-VxnGE ......... 19
Figura 10 - Fisión de Uranio-235 y productos. FUENTE: http://www.quimicas.net/2015/08/la-
fision-nuclear.html .........................................................................................20
Figura 11 - Proceso de enriquecimiento del Uranio. FUENTE:
Figura 12 - Esquema de un reactor BWR. FUENTE:
http://www.nucleartourist.com/type/bwr.htm .........................................................................................22
gone-down-blind-alley-means-escape-may-now-be .................................................................. ......................25

Figura 13 - Esquema de un reactor PWR. FUENTE:
http://www.nucleartourist.com/type/pwr.htm .........................................................................................23
Figura 14 - Fusión nuclear del Deuterio y del Tritio. FUENTE:
http://quimica01robincueva.blogspot.com.es/ ........................................................................................ 23
Figura 15 - Reactor nuclear de fusión nuclear por confinamiento gravitatorio (estrella Sol).
FUENTE: http://www.elmundo.es/elmundo/2007/10/04/ciencia/1191487480.html ............... 24
Figura 16 - Reactor de fusión nuclear mediante confinamiento magnético. FUENTE
http://www.inin.gob.mx/temasdeinteres/fusionnuclear.cfm ........................................................................................ 25
Figura 17- Reactores tipo Tokamak y Stellarator. FUENTE:
http://www.economist.com/news/science-and-technology/21676752-research-fusion-has-
Santiago Salguero Pereda
Figura 18 - Reactor de fusión nuclear mediante confinamiento inercial. FUENTE:
http://www.cubaeduca.cu/medias/cienciatodos/Libros_3/ciencia3/135/htm/sec_5.htm ........ 26
Figura 19 - Ejemplo de reactor de fusión fría. FUENTE: http://naukas.com/2012/11/07/aunque-
la-lenr-se-vista-de-seda-fusion-fria-se-queda/ ........................................................................................ 27
Figura 20 - Manifestación en contra de las centrales nucleares. FUENTE:
http://www.terra.org/categorias/articulos/sin-nucleares-tendremos-un-mundo-mas-sano-
mas-limpio-y-mas-seguro .........................................................................................28
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
Figura 21 - Central nuclear de Fukushima en llamas. FUENTE:
Figura 25 - Energía de enlace por nucleón. FUENTE:
https://redfilosoficadeluruguay.wordpress.com/2015/12/19/la-pesadilla-de-fukushima-no-ha-
terminado/ .........................................................................................29
Figura 22 - Pros y contras de la energía nuclear mediante fisión. FUENTE:
http://www.forumlibertas.com .........................................................................................30
Figura 23 - Balance de masas entre reactivos y productos de la reacción de fusión nuclear, ese defecto másico entre ambos es el que se convierte en energía. FUENTE:
http://fusionpower.org/InformationFusion.html ........................................................................................ 34
Figura 24 - Sección eficaz de fusión en función de la energía de isótopos del hidrógeno.
FUENTE:
ttp://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/106/htm/sec_5.htm ...... ..................................................................................35
FUENTE: NASA .........................................................................................41
https://sites.google.com/site/fisica2palacios/fisica-moderna/fisica-nuclear ........................................................................................ 36
Figura 26 - Estrella Sol, centro del sistema solar. FUENTE: NASA ........................................................................................ 37
Figura 27 - Ejemplo de efecto túnel cuántico. FUENTE: http://triplenlace.com/2013/07/07/el-
efecto-tunel-explica-que-se-den-en-el-espacio-reacciones-quimicas-que-no-se-producen-en-
condiciones-normales/ .........................................................................................38
Figura 28 - Criterio de Lawson. FUENTE: http://science.fusion4freedom.us/nuclear-fusion-
reactors/ .........................................................................................41
Figura 29 - Estrella, ejemplo de reactor de fusión nuclear por confinamiento gravitatorio. 
Figura 30 - Cápsula de DT para el confinamiento inercial. FUENTE:
http://francis.naukas.com/2012/01/09/la-ignicion-de-la-fusion-por-confinamiento-inercial-
Figura 35 - Esquema de un tokamak en el que se muestra la inducción de corriente al plasma
queda-fuera-de-la-agenda-del-nif-para-2012/ ........................................................................................ 42
Figura 31 - Pasos a seguir en la fusión nuclear mediante confinamiento inercia. FUENTE:
http://www.astrofisicayfisica.com/2014/02/la-fusion-nuclear-por-confinamiento.html ......... ...............................................................................42
Figura 32 - Reactor de fusión nuclear mediante confinamiento inercial. FUENTE:
https://portalhispano.wordpress.com/tag/fusion-nuclear/ .........................................................................................43
Figura 33 - Iones moviéndose alrededor de las líneas de campo magnético helicoidalmente e
iones moviéndose sin líneas de campo magnético. FUENTE:
http://www.scienceinschool.org/node/2837 ............................................................................. ...........45
Figura 34 - Ejemplo de confinamiento mediante campos magnéticos. FUENTE:
http://hydrogen.physik.uni-
wuppertal.de/hyperphysics/hyperphysics/hbase/magnetic/toroid.html .................................. 45
gracias a un trafo primario devanado. FUENTE:
http://lukyrh.blogspot.com.es/2016/01/seaaan-rojos-y-teoricos-intelectuales.html ............... .........................................................................46
http://physicsworld.com/cws/Articles/ViewArticle.do?channel=news&articleId=24295 . 50

Figura 36 - Esquema del reactor Stellarator Heliac flexible TJ-II. FUENTE:
http://fusionsites.ciemat.es/tj-ii/ .........................................................................................47
Figura 37 - Diferencias de un reactor tokamak a un reactor stellarator. FUENTE:
http://www.economist.com/news/science-and-technology/21676752-research-fusion-has-
gone-down-blind-alley-means-escape-may-now-be ........................................................................................ 48
Figura 38 - Interior del horno del reactor JET. FUENTE: http://www.abc.es/ciencia/20130707/abci-supermaquina-fabrica-energia-fusion-
201307062226.html .........................................................................................49
Figura 39 - Ratio de potencias de los diferentes reactores, incluido el ITER. FUENTE:
Figura 40 - Ensamblaje de la cámara del reactor. FUENTE:
Índice de Tablas
https://www.iter.org/construction/construction ........................................................................................ 51
Figura 41 - Entes constructores de los diferentes elementos del reactor. FUENTE:
http://www.agenciasinc.es/Reportajes/El-ITER-avanza-lento-pero-seguro ........................................................................................ 52
Figura 42 - Línea cronológica para la ejecución de DEMO (inexacta). FUENTE: CERN ............... 53
Figura 43 - Posible esquema de funcionamiento de DEMO. FUENTE:
http://www.conicit.go.cr/boletin/boletin75/plasmas_fusion_nuclear2.html ........................... 53
Figura 44 - Datos introducidos en la primera búsqueda. ........................................................................................ 55
Figura 45 - Ejemplo de construcción del reactor experimental ITER. FUENTE:
https://www.iter.org .........................................................................................63
Tabla 1 - Valores típicos de las magnitudes características en dependencia de los distintos tipos
hubiera sido posible.
de confinamiento. .........................................................................................41
Tabla 2 - Comparativa entre el JET y el ITER. FUENTE: http://www-fusion-
magnetique.cea.fr/gb/iter/iter02.htm ........................................................................................ 52
Tabla 3 - Número de artículos encontrados usando los diferentes criterios de búsqueda. .........................................................................................55
AGRADECIMIENTOS
Raúl Husillos Rodríguez por la predisposición, el esfuerzo, tiempo y dedicación mostrada
Quisiera agradecer en primer lugar tanto a D. José Ángel Mier Maza como a D.
para que la realización de este trabajo haya sido llevada a cabo. Sin su ayuda esto no
merecía. A mis tíos Toño, Begoña y Eva, que siempre han estado pendientes de mí y de
También agradecer a todos mis compañeros por los buenos ratos pasados y el apoyo
transmitido, en especial a Rubén Plano San Martín, José Alfredo López Uzquiza, Razvan
Pascal, Gloria Torre Bermejo y Juan Urresti de las Alas-Pumariño, sin los cuales estos
años no habrían sido lo mismo.
Agradecer además a la Escuela Politécnica de Ingeniería de Minas y Energía por la
en la EDM de Judo como en el gimnasio Curling’s, ayudándome muchas veces a
formación brindada, sin la cual no podría haber llegado hasta aquí.
En el ámbito personal, también me gustaría agradecer las tardes de entrenamiento, tanto
los que mientras estábamos de fiesta, entre ron y whiskey, teníamos nuestras divagaciones
desconectar y a verlo todo desde otra perspectiva, la del sacrificio.
A mis amigos agradecer todo el apoyo brindado durante estos años, esos momentos en
Por último y más importante, quiero agradecer a mi familia todo el apoyo brindado
sobre todos los aspectos de la vida. También por la de horas y momentos pasados, tanto
dulces como amargos, llegándolos a considerar como hermanos.
Durante estos años. A mi novia Cris, por todas las horas que me ha tenido que aguantar
brindado lo mejor de cada uno. A mi abuela, por apoyarme en todo momento,
malhumorado y con estrés para conseguir terminar y por su cariño y apoyo brindado. A
mis padres, porque sin ellos no hubiera llegado ni de lejos hasta aquí, habiéndome
estable durante el tiempo, independientemente de las circunstancias meteorológicas. Esto
considerándola como una segunda madre, permitiéndome muchas veces caprichos que no
cómo iba todo y a mis primos Ruth y Jorge, que me han apoyado siempre, considerando
a Ruth como la hermana que nunca tuve. A todos, de todo corazón, gracias.
RESUMEN
Las energías convencionales llegan a su agotamiento. Esto es así debido a que las reservas de combustibles fósiles y de otros materiales como el uranio no pueden renovarse...//...
producción energética que cubra el consumo que genera el ser humano con sus
...//...con una velocidad igual o superior a la de consumo. Por ello, a día de hoy se están
realizando diferentes investigaciones en el terreno de la energía con el fin de que, cuando
actividades.
llegue el día en el que el carbón, el petróleo o el uranio se agoten, se pueda mantener una
generan una cantidad de residuos ingente, haciendo que la sociedad vea la fusión como
A su vez, la producción energética está compuesta de varios tipos de generación. El mayor
problema radica en la generación base, que es aquella generación que hace mantenerse
hace que la tecnología para sustituir este tipo de generación ha de ser una tecnología que
supla al sistema de una gran cantidad de energía constante mantenida en el tiempo, sin
todo ello, se plantea el análisis de la fusión termonuclear como sustituto ideal a esas
más interrupciones que las propiamente programadas para labores de mantenimiento. Por...//...
fuentes de generación energética.
en las condiciones idóneas, desprenden una cantidad ingente de energía. Normalmente
La fusión nuclear se caracteriza por ser la fusión entre núcleos de elementos ligeros que,
dichos elementos ligeros suelen ser el Hidrógeno y sus isótopos y el Helio. Una estrella,
Aquel al cual se le prevé un mayor índice de éxito para la producción energética del ser...//...
...//...lo tanto, es un ejemplo de reactor de fusión nuclear por confinamiento gravitatorio. A su vez, existen otros dos tipos de confinamiento: inercial y magnético.
...//...humano es la magnética, puesto que es la que puede suministrarnos energía de forma más social que a día de hoy tiene, debido fundamentalmente a los accidentes acaecidos en...//...
continua mediante la tecnología de la que disponemos. Proyectos como el ITER tratan de
demostrar la viabilidad de este tipo de energía.
Pero uno de los mayores problemas que presenta la energía nuclear es la mala concepción
...//...Chernobyl o Fukushima, y a la potencia que las armas nucleares son capaces de liberar. agotando, se necesitará pasar a otro modelo de producción energética. Dicho modelo ha...//...
Además, las actuales tecnologías de generación de energía mediante la fisión nuclear
...//...algo que, si no es igual, al menos pudiera llegar a ser parecido.
Por ello, es necesario la definición de la viabilidad de la fusión nuclear, contemplando
diferentes puntos de vista, tanto técnicos, sociales, medioambientales, etc. Con el fin
energético.
último de demostrar que la fusión nuclear será la luz que ilumine nuestro futuro
Palabras clave: “energía”, “generación base”, “fusión nuclear”, “viabilidad”.
necesidad de abastecimiento energético sea cada vez mayor. Con el paso del tiempo, se...//...
En la actualidad, la producción energética evoluciona conforme lo hacen los
requerimientos de la humanidad en materia energética. Es innegable que la humanidad
vive en una sociedad cada vez más avanzada tecnológicamente, lo que hace que la
...//...ha visto que el actual sistema energético tiene fecha de caducidad, puesto que está...//...
La expresión Mix Energético alude a la combinación de las producciones
...//...sustentado en su amplia mayoría por energías de fuentes no renovables como pudiera ser el petróleo o el uranio. Por ello, y conforme dichos recursos energéticos se vayan
de tener en cuenta la creciente sensibilidad social con el medio ambiente, puesto que el
actual modelo es un modelo altamente dañino debido a las grandes cantidades de contaminantes que se vierten. En esa tónica, y respetando un sistema equilibrado entre centrales de producción para la producción energética ya sea en base, en punta, en media
punta o demás, se ha de desarrollar un sistema que sustituya a cada una de las actuales no
renovables.
sería aquel que podría solucionar los problemas de abastecimiento energético para la...//...
Por ello, existe un sistema de producción energética, todavía en fase experimental, que
la naturaleza, en su inmensa sabiduría, es capaz de utilizar para crear los gigantescos...//...
...//...humanidad. Dicho sistema estaría basado en el principio de la Fusión Nuclear, algo que
...//...reactores de fusión termonuclear conocidos como estrellas.
http://www.elmundo.es/elmundo/2007/10/04/ciencia/1191487480.html

Figura 1 - Sol, estrella de nuestro sistema solar, reactor de Fusión Nuclear por confinamiento gravitatorio.


FUENTE: 
Por lo tanto, se puede definir este sistema de producción energética como el sistema de
producción del universo, puesto que la energía generada por las estrellas es de este tipo.
En conclusión, si se aprovecha dicha energía, entramos en el campo de la energía nuclear,
y más concretamente, en el campo de la energía de fusión nuclear. MINAS Y ENERGÍA
energéticas de las diferentes fuentes de energía para cubrir la demanda eléctrica de un
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
La primera, y más obvia, es la evolución de las diferentes energías:
1.1. Mix Energético: Evolución y Actualidad
determinado territorio, generalmente países. Según la zona que se analice la distribución
del mix energético será diferente, en dependencia de los tipos de energía mayoritaria que
En el caso que nos ocupa, se analizará el mix energético español viendo también un poco...//...
se consuman.
...//...del mix energético global y analizando sus fortalezas y debilidades.
económica que se está enfrentando a nivel global. Este hecho contribuye negativamente...//...
Para ubicarse previamente, uno de los mayores problemas en la actualidad es la crisis
...//...a optimizar el uso cotidiano de la electricidad. Gracias a esto, uno de los problemas que...//...
en el ratio de demanda energética, puesto que, al haber un flujo de dinero menor, se tiende
el inconveniente de las energías convencionales (petróleo, carbón, etc.) el alto ratio de
...//...se planteaba con anterioridad en lo referente al mix energético se ve postergado, siendo
producción de CO2 y gases de efecto invernadero, tan nocivos para el medio ambiente.
Figura 2 - Evolución del Mix Energético en España. FUENTE: www.ree.es
Figura 3 - Cobertura de la demanda en España en 2013 (246 TWh). FUENTE. www.ree.es
En la Figura 2 podemos observar la serie evolutiva del mix energético entre los años 1995...//...
...//...fuente de energía.
...//...y 2013, ambos inclusive. En la Figura 3 podemos observar los porcentajes del mix
sea el rechazo social que por aquel entonces originaba la energía nuclear.
energético español en el año 2013. De ambos se pueden extraer las siguientes
conclusiones:
- El parque de generación nuclear se ha mantenido constante debido a
legislaciones (Moratoria Nuclear)1 que impiden la ampliación de éste con nuevos reactores. Los picos en producción son originados por las paradas rutinarias de las centrales nucleares, así como paradas para la mejora de éstas. se ha ido reduciendo considerablemente. Eso es atribuible a dos factores, uno de
- La producción mediante carbón tuvo un máximo durante el inicio del siglo, pero
quema y el otro es que la industria del carbón español está debilitándose, siendo ellos es la gran cantidad de gases nocivos y de efecto invernadero que produce su
un carbón con unas propiedades más bien malas, necesitándose la importación de
constante en el tiempo, esto se da por dos grandes razones: 1) Es harto imposible dicho material.

- La energía eléctrica mediante generación hidráulica se mantiene más o menos
la construcción de grandes embalses en España debido a que están todos...//...
coyuntura económica del país. Fueron centrales construidas para regular mejor el...//...
...//...construidos y 2) depende de las precipitaciones en las estaciones húmedas.
- Cuando hablamos del ciclo combinado2, hemos de tener en cuenta también la
...//...sistema eléctrico y como sistemas de respaldo a las energías renovables3. En la...//...
mandato del socialista Felipe González en 1984 la cual hacía que se parara de construir centrales nucleares
...//...actualidad hay instalados cerca de 23.5 GW.
1 La Moratoria Nuclear fue un apartado del Plan Nacional Español de 1983 (PEN-83) aprobada bajo el debido a ello y a la proliferación de otro tipo de centrales. A su vez, la ley aprobada y, de los reactores que había en ese momento proyectados, sólo 2 se pudieran llevar a buen término. Éste plan fue aprobado y promovido por diversas razones, una de las cuales, y seguramente la más importante,...//...
2 Las centrales de ciclo combinado son centrales que trabajan con doble ciclo termodinámico, los ciclos termodinámicos son los ciclos Brayton, usado en turbinas de gas, y Rankine, usado en las turbinas de vapor de agua. Dos de las ventajas que proporcionan las centrales de ciclo combinado son la flexibilidad de carga en operación y el elevado rendimiento del sistema.
...//...determinada potencia se ha de respaldar con la construcción de una central de otro tipo de la misma.

3 La ley hace que, cuando se quiere construir una determinada central de carácter renovable de una potencia. Esto se hace para darle estabilidad al sistema, tanto de capacidad productiva como de respuesta
ante la demanda.
MINAS Y ENERGÍA 
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura...//...
- Cuando hablamos del parque eólico español, estamos hablando de un parque de...//...
...//...fuente de energía.
...//...por un modelo productivo sostenible y limpio, pero que a su vez tiene trampa: la
reciente creación, puesto que lo que había con anterioridad era más que nada
oscilaciones en la frecuencia de la red.
experimental. El crecimiento de esta energía desde el año 2000 denota la apuesta
...//...energía eólica depende de la velocidad incipiente del viento, pudiendo no ser ésta
la necesaria por exceso o defecto para cubrir la demanda en un determinado
cantidad máxima de combustible. Si bien se podrán mejorar los sistemas de extracción,
instante. A su vez, como depende de la velocidad del viento, introduce pequeñas

- Del resto de renovables, podemos destacar que, en España, y sobre todo en el
sur, la cantidad de horas de sol que hay, así como de irradiación que éste produce,
es ingente. Y se muestra además un claro crecimiento de éste tipo de energías
en estos últimos años, penaliza de forma injusta a los pequeños productores solares de autoconsumo.
La segunda conclusión a extraer es que se debe incentivar un modelo energético mucho más respetuoso con el medio ambiente. El gran porcentaje, aun a día de hoy, de
de realizar un modelo mucho más acorde para los años venideros, el cual se tratará de producción energética gracias a combustibles fósiles es inviable. Para ello, se ha tratado
alcanzar en la medida de lo posible.
Figura 4 - Evolución estipulada hasta 2020 del Plan de Energías Renovables de España. FUENTE: IDAE
Cuando se habla de energías convencionales se habla de aquellos tipos de fuente
1.2. Las Energías Convencionales y su Agotamiento de energía que se encuentran de forma limitada en la naturaleza y las cuales no son reservas que ellas mismas presentan y al uso abusivo que se les da. Si bien, cada fuente...//...
posibles su regeneración. Dentro de este tipo de energías se engloban aquellas cuyas fuentes de energía son el uranio, el carbón, el gas o el petróleo.
Se ha de mencionar que son fuentes de energía condenadas a la extinción, debido a las
...//...de energía convencional presenta sus propios problemas, todas ellas comparten un mismo y acuciante problema: el tiempo.
El tiempo, en su más estricta evolución, hace que éste tipo de fuentes de energía sean
caducas. Esto se basa en que el petróleo, por ejemplo, cuenta con unas reservas máximas
estimadas, que podrán evolucionar a más si se descubre algún pozo nuevo, que tienen una
de refinado y aumentar la eficiencia a valores cercanos al 100% (cosa harto improbable),
el uso de este tipo de fuente hace que tenga los días contados. Si bien existen diferentes
controversias sobre cuántas reservas quedan de estas fuentes y para cuántos años de...//...
habrán llegado a su fin para 2100.
...//...producción en función del ratio de producción, la gran mayoría coincide en que todas convencionales, cabe destacar que presentan problemas adicionales. Podemos englobar
Una vez analizado el problema conjunto en el tiempo que presentan las fuentes de energía
estos problemas en dos grandes campos:
fósiles que se queman. Dichos gases son:
- Uno de ellos es la creación de gases nocivos. Dentro de las fuentes que crean
dichos gases se encuentran aquellas de procedencia orgánica o combustibles
forman más nubes las cuales hacen que haya más precipitaciones, al

 El vapor de agua, siendo el más generado por la quema de
combustibles fósiles. Es un gas de efecto invernadero, que actúa por
tanto acentuando el cambio climático (a mayor vapor de agua se
aumentado su concentración aproximadamente en un 43%, siendo
haber mayor temperatura, se evapora y retroalimenta).

 El CO2 o Dióxido de Carbono, siendo un componente importante en
la atmósfera. Se estima que desde la revolución industrial se ha
a estar disponible en una determinada escala de tiempo. El problema es que, con las fuentes de energía no...//...
además el principal gas de efecto invernadero.
4 Cuando hablamos de la regeneración de una fuente de energía, estamos hablando de que esa fuente vuelva
...//....convencionales, la escala de tiempo es de miles de años, siendo inviable para la producción humana.
 Los NOx u Óxidos de Nitrógeno son aquellos elementos originados en la energía de fusión nuclear son los pilares de las energías de futuro, puesto que son
la quema de un combustible por la asociación del nitrógeno y el
oxígeno. Son los responsables mayoritarios de la lluvia ácida,
- Otro gran problema asociado a los combustibles nucleares es el almacenamiento
formando ácido nítrico, o los responsables de la niebla “smog”.
la cantidad necesaria de fisiones como para que sea rentable su uso. Éste no es
del combustible nuclear usado, es decir, del uranio empobrecido que ya no genera
ambiente provoca que la zona directamente afectada cree una atmósfera letal para
tanto un problema medioambiental (que lo es porque su liberación en el medio
el ser humano) sino de almacenamiento. El problema del almacenamiento es
radiactivo. Debido a este peligro potencial en caso de accidente (terremoto,
debido a que esos residuos estarán bajo desintegración nuclear durante miles de
años, liberando radiación hasta que no quede en su interior ningún núcleo
hasta que la tecnología permita hacer algo con ello, ya sea un reprocesado o algo
tsunami, etc.), el problema que se origina por el almacenamiento del combustible
nuclear radiactivo es el de saber en qué sitio y de qué forma va a ser almacenado
para poder evitar posibles fugas radiactivas.
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura...//...

Figura 5 - Periodo de semidesintegración de diferentes elementos. FUENTE: Universidad Popular Carmen de
Michelena Tres Cantos
...//...fuente de energía.
haciendo además que sus efectos adversos se vean reducidos en su totalidad, o al menos,
Entonces, visto que las energías convencionales son, a escala humana, perecederas, es
necesaria la implementación de un tipo de energía que las sustituya en su totalidad,
comprender que los electrones estaban distribuidos en diferentes capas según su nivel

...//...casi en su totalidad.
Por ello, la conveniencia del desarrollo de las centrales termosolares con acumulación o
limpias, seguras e inagotables en el tiempo.
Figura 6 - Central termosolar de acumulación por sales de La Africana Energía, en Córdoba, España. FUENTE:
http://www.africanaenergia.es/
1.3. Historia de la Energía Nuclear
Siendo Demócrito de Abdera el primer filósofo en proponer un significado para átomo:
La historia de la energía nuclear se remonta a la antigua Grecia, hace miles de años.
hasta que se pudiera avanzar en los términos suficientes, siendo hasta varios siglos
“parte más pequeña e indivisible de la materia”. A partir de ahí pasaron muchos años
investigar acerca de identificar y clasificar los elementos, formando varios años después
después, en los albores del siglo XVII, y gracias al postulado del químico John Dalton
que dijo que los átomos que componen un mismo material son iguales, se comenzó a...//...
http://portalacademico.cch.unam.mx/alumno/quimica1/unidad2/modelos_atomicos/modelo_dalton
la tabla periódica que a día de hoy conocemos1.
Figura 7 - Átomo como forma más pequeña de la materia, indivisible. FUENTE:
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
...//...la radiactividad. Dicho descubrimiento, unido al de otros brillantes científicos como J. J.

Varios años después, diversos científicos tales como Henri Becquerel o Marie Curie,
estudiando los diversos elementos que emitían los diferentes tipos de radiación, descubren...//...
Thompson o Ernest Rutherford5, cambiaron la forma de ver los átomos, pasando a ser
percepción de la naturaleza. Desde el modelo atómico de Niels Böhr, que hizo
elementos divisibles, conformados por otros elementos aún más pequeños: los electrones
y el núcleo atómico.
Figura 8 - Diferentes modelos atómicos. FUENTE: http://www.eis.uva.es/~qgintro/atom/tutorial-04.html
Pronto vendrían una saga de descubrimientos y teorías científicas que cambiarían la
...//...energético, pasando por el descubrimiento del neutrón por James Chadwick hicieron
posible la percepción del átomo en su totalidad, siendo así subdividido en las partículas
subatómicas que orbitaban al núcleo en diferentes niveles energéticos, los electrones.
subatómicas que componían el núcleo, los protones y los neutrones, y las partículas...//...
Figura 9 - Modelo atómico. FUENTE: https://www.youtube.com/watch?v=zF-MX-VxnGE
...//...a posteriori.
5 Tabla periódica sin tener en cuenta los elementos artificiales o de tiempo de vida limitado, añadidos estos...//...
Una vez realizados tales descubrimientos, se vio la posibilidad de, gracias a los
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
...//...neutrones en determinados elementos. Uno de los grandes pioneros en este campo fue
descubrimientos de Frédèric Joliot e Irene Curie de la radioactividad artificial y de la
fórmula desarrollada por el brillante físico Albert Einstein6, que correlacionaba la masa
con la energía, se vio la posibilidad de generar energía mediante el bombardeo de
En física nuclear se entiende como fisión nuclear a aquella reacción en un núcleo
Enrico Fermi, bombardeando en núcleo de hasta 60 elementos, entre ellos el isótopo fisil
del Uranio, el U-235. Y como muchos descubrimientos en esta vida, muchos de los
avances en este campo se deben a la aplicación militar7 que ello proporcionó.
· 1.3.1. La energía de Fisión Nuclear
mayor cantidad de energía son la radiación α (núcleos de Helio), radiación β (electrones
de un elemento pesado, que hace que se divida en dos o más partes. Ésta reacción hace
que el núcleo del elemento pesado pase a separarse en núcleos de tamaño inferior, dando
así lugar a la liberación de diferentes radiaciones. Las radiaciones liberadas, de menor a...//...
y positrones) y radiación γ (fotones).
...//...principalmente rayos gamma, que al contar con una masa nula, son todo energía8. Por lo

Figura 10 - Fisión de Uranio-235 y productos. FUENTE: http://www.quimicas.net/2015/08/la-fision-nuclear.html
6 𝐸 = 𝑚𝑐2. En esta fórmula 𝐸 es la energía, 𝑚 la masa y 𝑐 la velocidad de la luz.
7 Gran parte del avance nuclear se lo debemos al Proyecto Manhattan, un proyecto militar surgido en los albores de la WWII, impulsado por el presidente estadounidense Roosevelt con el primer consejo en 1939 de Albert Einstein, con el fin de crear un arma de destrucción masiva alimentada por la fisión nuclear de los núcleos de uranio-235 y plutonio-239. Todo ello concluyó con la demostración de parte de los Estados Unidos de América de su poder destructivo en las bombas atómicas de Hiroshima y Nagasaki.
Einstein 𝐸 = 𝑚𝑐2, siendo 𝐸 la energía liberada, 𝑚 el defecto másico que se produce entre
La reacción de fisión desprende a su vez energía debido al defecto másico que ésta genera.
Esta cantidad de energía liberada es capaz de calcularse gracias a la fórmula de Albert
muy pequeño, la cantidad de energía liberada es enorme, dado que la velocidad de la luz
la masa del núcleo sin reaccionar y la masa total de los productos resultantes y 𝑐 la
velocidad de la luz. Analizando esta ecuación se desprende que, para un defecto másico
diferentes medios materiales. Se trata por tanto de reacciones altamente exotérmicas. Si
es una cantidad muy grande y además está elevada al cuadrado en la ecuación. Ahí es
donde radica la virtud de la fisión nuclear. Esta energía se manifiesta físicamente en forma de energía cinética de los productos, que a su vez generan calor al ser frenados por
se quiere aprovechar la mayor cantidad de energía liberada por dichas reacciones, será
Hay varios tipos de reactores y cada uno funciona de una forma diferente, teniendo
necesario un medio capaz de absorber la mayor cantidad de calor posible, para así poder
utilizarlo.
La energía emitida en las reacciones de fisión nuclear viene dada en forma de energía
cinética de los fragmentos producto de la fisión, como en forma de fotones,
tanto, dado que los fotones interactúan muy levemente con la materia, la energía que se
recoge será debido al intercambio de energía cinética entre las partículas 𝛼 y 𝛽.Antes se
dijo que para que la fisión nuclear se llevara a cabo, los núcleos a fisionar debían de ser
será necesaria una masa crítica10 del elemento en cuestión.
de elementos pesados, pero también preferiblemente de elementos fisionables, a su vez
Una vez conocidos tales datos, todos ellos gracias a cientos de horas de investigación
solo que esta vez el combustible que generará el calor será nuclear, por lo que se deberán
tanto académica como militar, se ve la oportunidad de producir energía eléctrica en base
a la fisión nuclear. El principio es el mismo que el de una central térmica convencional,
como pechblenda. El uranio que se da en la naturaleza es el Uranio-238, teniendo que
de tomar las medidas oportunas para garantizar la seguridad y estabilidad de la central.
Para ello, se eligieron varios combustibles nucleares, entre los que destaca el Uranio-
23511. El uranio es encontrado en la naturaleza en forma óxido, conocido normalmente
9 Un elemento es fisionable o fisible cuando es capaz de fisionar debido a neutrones de cualquier naturaleza pasar por un proceso de enriquecimiento del mineral para generar U-235.
8 La energía de una partícula relativista viene dada por 𝐸 = √𝑝2𝑐2 +𝑚2𝑐4.
energética.
10 Masa mínima de un elemento fisionable para que sea capaz de mantener una reacción en cadena por sí mismo.
11 El Uranio-235 es un isótopo del Uranio, que apenas se genera en la naturaleza y es aquel isótopo fisionable del Uranio. Normalmente el combustible nuclear está enriquecido al 3% de Uranio-235.
Figura 11 - Proceso de enriquecimiento del Uranio. FUENTE: http://www.girabsas.com/nota/4373/
Una vez obtenido el combustible nuclear deseado, se procede a introducir en el reactor.
algunos diferentes tipos o modalidades de agentes moderadores12. En fisión nuclear los
reactores nucleares más comunes a día de hoy son los BWR y PWR.
Los reactores BWR son reactores de agua en ebullición, de agua ligera, y diseñados en
un principio por General Electrics. En estos reactores, el agua circula libremente por entre el reactor y bulle en él, yendo después a una turbina de vapor para generar electricidad.
para refrigerar, cierra el circuito volviendo al reactor.
Una vez turbinada, el agua, ahora en estado líquido gracias a un intercambiador de calor
12 Un agente moderador es un elemento introducido en el interior del reactor con el fin de disminuir la...//...
Figura 12 - Esquema de un reactor BWR. FUENTE: http://www.nucleartourist.com/type/bwr.htm
...//...velocidad de los neutrones en el reactor y que la reacción sea así lo más eficaz posible. Agentes moderadores pueden ser las barras de control o el agua pesada, entre otros.
El otro tipo usual de reactor es el PWR. Este reactor es un reactor de agua a presión, el
fuente de energía.
cual, a diferencia del primero, tiene dos circuitos claramente diferenciados. El primero es
nombre. En el circuito de generación, alimentamos la turbina con el vapor agua que sale
el del agua que circula por el reactor y captura el calor, pasando después por un
intercambiador de calor para ceder calor al circuito de generación. Durante este proceso
el agua del circuito primario siempre está en estado líquido debido a la presión, de ahí su
en la que dos núcleos ligeros se unen para formar uno más pesado. Dichos núcleos ligeros
del intercambiador de calor, para después refrigerarla y recomenzar el ciclo.
Figura 13 - Esquema de un reactor PWR. FUENTE: http://www.nucleartourist.com/type/pwr.htm
·
1.3.2. La energía de las Estrellas: la Fusión Nuclear
En física nuclear se entiende como reacción de fusión nuclear a aquella reacción
tremendamente grandes, no hay material capaz de soportar tales condiciones, por
suelen ser el hidrógeno y sus isótopos13. Por norma general, la fusión de dos núcleos
ligeros va acompañada de la emisión de una alta cantidad de energía, en forma de energía
reacciones de fusión, los reactivos han de estar en estado de plasma14, ya que las
temperaturas necesarias para producir este tipo de reacciones son del orden de cientos de
millones de grados.
Figura 14 - Fusión nuclear del Deuterio y del Tritio. FUENTE: http://quimica01robincueva.blogspot.com.es/
núcleo. Ambos son los elementos idóneos para realizar la fusión nuclear.
13 Los isótopos del hidrógeno son el Deuterio, con 1 neutrón en su núcleo y el Tritio con 2 neutrones en su...//...
14 El estado plasma es también llamado el cuarto estado de la materia, similar a un fluido gaseoso, pero estando sus partículas parcial o totalmente ionizadas.
...//...universo. Sin embargo, las condiciones de temperatura a las que se da este proceso de...//...

La fusión nuclear es un proceso muy común en la naturaleza ya que es el proceso que se
da en las estrellas, y éstas conforman un porcentaje muy elevado de la masa conocida del
...//...fusión son tan elevadas que el ser humano necesita ejercer unas determinadas condiciones
- Confinamiento gravitatorio: el confinamiento gravitatorio es aquel que se da en
artificiales para que la fusión pueda llevarse a cabo con éxito en la Tierra.
En primer lugar, se ha de definir qué tipos de confinamiento existen y cuáles son los más
apropiados para realizar la fusión nuclear artificialmente:
la naturaleza en las estrellas debido al fuerte campo gravitatorio de éstas. Dicho...//...
- Confinamiento magnético: el confinamiento magnético es un confinamiento en...//...(1)
...//...confinamiento es imposible de crear en la Tierra por motivos obvios, por lo cual
es desechado como fuente para generar energía.
Figura 15 - Reactor nuclear de fusión nuclear por confinamiento gravitatorio (estrella Sol).

FUENTE:
http://www.elmundo.es/elmundo/2007/10/04/ciencia/1191487480.html
(1) ...//...el que se trata de encerrar un plasma15 calentado a cientos de millones de grados mediante campos magnéticos. Debido a que el plasma está a unas temperaturas
lo que se decidió, mediante la realización previa de un vacío cuasi perfecto, el
confinamiento del plasma mediante una trampa magnética. A su vez, existen
diferentes tipos de confinamientos magnéticos, generalmente debido a diversos
usos de los campos magnéticos.
15 El plasma destinado a realizar la fusión nuclear mediante confinamiento magnético es un plasma compuesto de Deuterio y Tritio.
Dentro del confinamiento magnético existen además dos tipos reactores básicos...//...

Figura 16 - Reactor de fusión nuclear mediante confinamiento magnético. FUENTE
http://www.inin.gob.mx/temasdeinteres/fusionnuclear.cfm
...//...para su generación, siendo éstos:
forma de cámara toroidal, siendo hueco, rodeado por fuera por bobinas

 El Tokamak, acrónimo ruso para cámara toroidal con bobinas magnéticas,
siendo un reactor tiene como objetivo la fusión nuclear en plasma. Tiene
que hacen posible la trampa magnética. Dentro de este reactor su campo
siendo superconductora y posicionando el plasma en el toroide; una
magnético toroidal está compuesto por: un solenoide central, siendo un
superconductor que induce la corriente al plasma; una bobina toroidal,
siendo superconductora y estabilizadora del plasma; una bobina poloidal,
cámara de vacío para que el plasma no esté en contacto con nada y unos
 Torsatrones: con bobinas helicoidales continuas.
trafos para abastecer a las bobinas.
 El Stellarator es un reactor de fusión toroidal de campo magnético poloidal
producido por bobinas exteriores, siendo de funcionamiento continuo al
no existir corriente plasmática inductiva. Existen a su ves 3 tipos:
 Modulares: de bobinas no planas.

 Helíacos: con un conjunto de bobinas circulares distribuidas en una hélice enrollada en la bobina circular central.
Figura 17- Reactores tipo Tokamak y Stellarator. FUENTE: http://www.economist.com/news/science-and-
technology/21676752-research-fusion-has-gone-down-blind-alley-means-escape-may-now-be
- Confinamiento inercial: el confinamiento inercial no es propiamente un
confinamiento al uso, debido a que no está toda la materia confinada, sino que se
le dota por lo general de una energía cinética suficiente a una zona de la materia
para que ésta sea capaz de fusionarse. Por norma general, éste tipo de
potencia, por lo que se dispara los pares simultáneamente, comprimiendo la
confinamiento es realizado mediante pares coincidentes de haces láser de alta
materia y provocando una reacción de fusión nuclear.
http://www.cubaeduca.cu/medias/cienciatodos/Libros_3/ciencia3/135/htm/sec_5.htm
Figura 18 - Reactor de fusión nuclear mediante confinamiento inercial.

FUENTE: 
La fusión nuclear a su vez es una forma de generar energía sumamente limpia. Cierto es nada comparado con los residuos o impactos que generan las energías convencionales que también genera residuos nucleares debido a la activación de las paredes del reactor debido al desconfinamiento que sufren los neutrones presentes en la reacción, pero no es
(por ejemplo, la energía producida en centrales convencionales de fisión).
éstos son los componentes básicos del agua, que es muy abundante en la Tierra. Sin
A su vez presenta la ventaja de que el combustible nuclear para la realización del plasma
se puede obtener fácilmente en la naturaleza, puesto que son isótopos del Hidrógeno, y
atmosféricos. Entonces, para la obtención del tritio se debería realizar indirectamente
embargo, en el universo, el hidrógeno es el elemento químico más abundante, superando
el 90% de los átomos de materia conocidos. A su vez, los isótopos del hidrógeno
presentan otro tipo de abundancias, presentando el deuterio una abundancia del 0,0184 %
en fracción atómica en la Tierra y el Tritio es extremadamente raro en la naturaleza dado
que se produce en la Tierra por la interacción de los rayos cósmicos con los gases
termonucleares de fusión o más comúnmente conocida como Bombas de Hidrógeno o mediante una reacción nuclear en la que interviene el litio, siendo además el tritio un elemento radiactivo de periodo de semidesintegración de 12,33 años.
Al igual que la fisión nuclear, no hemos de olvidarnos que la fusión nuclear también está
en sintonía con la industria militar, siendo el más claro ejemplo las bombas Bombas H. También es lógico decir que ha sido en parte gracias a todos los avances en
http://www.terra.org/categorias/articulos/sin-nucleares-tendremos-un-mundo-mas-sano-mas-limpio-y-mas-seguro tecnología armamentística los que nos han permitido tener una mayor comprensión acerca de todos estos fenómenos.
Por último, como anécdota, durante la Guerra Fría se barajó por diversos científicos de
supuesto de fusión termonuclear en las que las condiciones de presión y temperatura son
ambos bandos la generación de energía mediante la fusión fría. La fusión fría es un
las cercanas a las del ambiente, llevándose a cabo con un instrumental de bajo coste,
Con ese tipo de fusión fría se pretendía generar energía cuasi ilimitada a un bajo coste,
siendo algo sumamente irreal, puesto que las condiciones que se conocen para que se dé
la fusión termonuclear son muchos órdenes de magnitud mayores.
siendo además producto de la constante lucha tecnológico-armamentística entre EEUU y
Pons. Dicha teoría, habiendo carecido de solidez científica, es considerada a día de hoy
la URSS. Los elementos usados en la fusión fría eran isótopos de deuterio fusionados en
átomos de helio.
Los precursores de ésta teoría fueron los electroquímicos Martin Fleischmann y Stanley
un bulo.
Figura 19 - Ejemplo de reactor de fusión fría. FUENTE: http://naukas.com/2012/11/07/aunque-la-lenr-se-vista-de-con respecto a la opinión popular. La energía nuclear está conceptuada erróneamente en seda-fusion-fria-se-queda/
Finalmente, como parte del objeto del presente estudio va a versar sobre la fusión nuclear,
será descrita con mucho más detalle a posteriori.
1.4. Concepción de la Energía Nuclear en la Sociedad
Española. Actualmente, la energía nuclear se encuentra en una encrucijada a nivel mundial la sociedad debido a la desinformación vertida durante largos años acerca de ella.
También existe mucha controversia debido a diversos sucesos acaecidos en el tiempo.
Cabe decir que desde que se desarrolló el Proyecto Manhattan, se pudo observar la
En España la generación eléctrica en base a la energía nuclear es del 21,3%16. Es decir,
algo más de una quinta parte de la energía en España es de procedencia nuclear, entonces,
¿a qué es debida esa fuerte oposición a la energía nuclear?
no existe, puesto que es inviable, cabe decir que las centrales nucleares son de las
Figura 20 - Manifestación en contra de las centrales nucleares. FUENTE:
capacidad destructiva que es capaz de generar la energía nuclear. Es por ese tipo de cosas
que la sociedad teme a la energía nuclear, por su capacidad invisible de destrucción. Si
los que más llaman la atención.
bien es extremadamente inusual que ocurran accidentes de características nucleares, son
En cuanto a los accidentes, que se asocian rápidamente con la energía nuclear, cabe
en la central nuclear Vladímir Ilich Lenin, en las cercanías de Prypiat en la actual Ucrania, destacar dos de los mayores en la historia. El primero es el accidente nuclear de Chernóbil, aunque ocurrió bajo el gobierno de la URSS. Dicho accidente, sin entrar en detalles, se ocasionó debido a un simulacro de corte de suministro eléctrico que derivó en un
El otro gran accidente, mucho más cercano en el tiempo, es el accidente ocurrido en
sobrecalentamiento del reactor 4. Esto ocasionó la pérdida de millares de vidas, unas
debidas a su heroica entrega, los Liquidadores, y otros debido al infortunio de estar en las cercanías cuando sucedió.
Japón, más concretamente en la central nuclear de Fukushima. Dicho accidente no ocurrió
16 Datos netos obtenidos de fuentes del Gobierno de España del año fiscal 2013.
debido a un fallo humano como pudo ser el accidente de Chernóbil, sino que fue una
concatenación de sucesos lo que lo produjo. Ocurrió debido a un terremoto seguido de un
tsunami. El terremoto fue de magnitud 9 en la escala Richter, cuando la central había sido...//...
ya que la central aguantó el envite perfectamente, sino que el problema vino cuando el
...//...diseñada para soportar terremotos de magnitud 817. Pero el terremoto no fue el problema
percepción de la seguridad de la energía nuclear se entiende. Si bien la plena seguridad
tsunami arrasó con los sistemas externos de refrigeración, provocando el
sobrecalentamiento de varios reactores.
Figura 21 - Central nuclear de Fukushima en llamas.

FUENTE:
https://redfilosoficadeluruguay.wordpress.com/2015/12/19/la-pesadilla-de-fukushima-no-ha-terminado/
Estos accidentes han calado hondo en la sociedad, atemorizándola en cuanto a la
21 Título de un documento de Greenpeace España en contra de la generación mediante fusión nuclear.
centrales más seguras y que menos impacto ambiental tienen. El mayor problema reside
en la gestión y el almacenamiento de los residuos de alta actividad18. Para ello, dado que
Centralizado o ATC. Pero también hubo manifestaciones en contra, debido al miedo que
en España no se cuenta con reprocesadoras, se propuso realizar un Almacén Temporal
la energía nuclear ocasiona.
su beneficio. Está claro que la energía nuclear por fisión es una energía caduca, pues no
Viendo el miedo y la desinformación que tiene la sociedad española respecto a la energía
nuclear, el verdadero problema reside en aquellos que utilizan dicha desinformación en
17 Al diseñarse para un terremoto de magnitud 8 y recibir el impacto de uno de magnitud 9 y aun así aguantar...//...
hay reservas infinitas de uranio, aunque son mucho más seguras, a la vez que menos
...//...la central, hace ver su seguridad, puesto que uno de magnitud 9 libera aproximadamente 25 veces más...//...
19 Las reprocesadores son industrias que reprocesan el combustible nuclear gastado: Lo procesan de nuevo...//... (2)
...//...energía que uno de magnitud 8.
Los residuos de alta actividad son el combustible nuclear gastado que no sirve para la producción de energía pero que aún continuarán liberando energía debido a fisión espontánea durante miles de años.
(2) ...//...para enriquecerlo y que sirva de nuevamente como combustible nuclear.
contaminantes, que una central térmica convencional: “las cenizas emitidas por una...//...(3)
Haciendo esa pregunta obtenemos como respuesta que la sociedad no sabe bien de qué se...//...(4)
(3) ...//...central térmica deposita en el medioambiente que la rodea 100 veces más radiación que una central nuclear de la misma potencia”20, aunque todo ello hace que la apuesta más viable sea la de la fusión nuclear.
La cuestión entonces recae sobre la opinión que tiene la sociedad sobre la fusión nuclear.
(4)...//...trata y se asocia directamente con la fisión nuclear y sus perjuicios, “El sol es el único reactor de fusión nuclear que realmente necesitamos”21.
A continuación, serán expuestos varios pros y contras de la energía nuclear.
Figura 22 - Pros y contras de la energía nuclear mediante fisión.

FUENTE: http://www.forumlibertas.com
fuentes de energía. Así, se realizará una comparación con una de ellas para demostrar el
20 Fragmento de un artículo de la revista Scientific American.
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 31 |
P á g i n a
2. OBJETO Y ALCANCE DEL ESTUDIO
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
Santiago Salguero Pereda 32 |
MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía. P á g i n a
viabilidad de la fusión nuclear como fuente de energía de manera que quede presente que
El presente estudio trata de analizar desde el punto de vista económico la futura
es una apuesta segura para un modelo energético limpio y seguro.
- La evolución tecnológica que ha sufrido la fusión nuclear y la que está por venir.
Para ello en un principio se realizará una descripción teórica de:
- La fusión nuclear.
- Los diferentes tipos de tecnologías para lograrla artificialmente.
nuclear, viendo su desarrollo y si es o no conveniente su estudio y evolución para su
- El futuro de la fusión nuclear y la perspectiva de futuro que de esta forma de
energía.
También se realizará un análisis económico de la viabilidad de un reactor de fusión
correcta realización.
Como último punto, se tratará de relacionar todo lo expuesto en el presente estudio con
Para todo ello, además se realizará un análisis científico, basado en la lectura de algunos
artículos científicos que puedan tener relación con el presente estudio, a fin de clarificar
las diferentes posturas de la comunidad internacional.
beneficio de ésta energía.
el fin de demostrar que, además de la viabilidad técnica de la fusión nuclear, su viabilidad
económica puede ser positiva, con el fin de ser la sustituta ideal para un gran número de
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA
fuente de energía.
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
Santiago Salguero Pereda 33 |
P á g i n a
3. ESTADO DEL ARTE
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
MINAS Y ENERGÍA
3.1. Análisis teórico
fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 34 |
P á g i n a
plasmático de la materia y tiene la capacidad de liberar una cantidad elevada de energía
La fusión nuclear es el proceso por el cual dos núcleos ligeros se unen, formando
un núcleo más pesado. Esta reacción, por norma general, es llevada a cabo en un estado
convertido en energía, pues así las correlaciona.
debido a que parte de la materia de la reacción se transforma en energía en base a la
ecuación de Albert Einstein:
𝑬 = 𝒎𝒄𝟐 (1)
Según esa ecuación, la masa que se ha perdido en la reacción de fusión nuclear se ha
El límite para la liberación de energía gracias a la fusión nuclear la establece el hierro
Figura 23 - Balance de masas entre reactivos y productos de la reacción de fusión nuclear, ese defecto másico entre
ambos es el que se convierte en energía. FUENTE: http://fusionpower.org/InformationFusion.html
nuclear del hidrógeno (H), en particular de sus isótopos: el deuterio (D) y el tritio (T). Por
(Fe), siendo la fusión de todos los núcleos atómicos de energía parecida por debajo del
hierro liberadores de energía y siendo todos los núcleos atómicos, desde el hierro en
adelante, núcleos los cuales necesitan absorber energía para que se produzca la fusión
nuclear.
Pero, aunque es posible la fusión nuclear de muchos elementos, la más usual es la fusión
22 El MeV es una unidad de energía, que equivale a 106 eV (electronvoltio) siendo este último a la energía
norma general, estos elementos (los más ligeros), son los más abundantes en el universo.
Las reacciones que se llevan a cabo en la fusión nuclear del hidrógeno y sus isótopos son:
𝟐 un núcleo de deuterio, 𝑯
𝑯
𝟐 + 𝑯
𝟑 → 𝑯𝒆
𝟒 (𝟑. 𝟓𝟔 𝑴𝒆𝑽22) + 𝒏 (𝟏𝟒. 𝟎𝟑 𝑴𝒆𝑽), (2)
siendo 𝑯
𝟑 un núcleo de tritio, 𝑯𝒆
𝟒 un núcleo de Helio-4 y 𝒏
𝟑 un núcleo de Helio-3.
un neutrón.
potencial que experimenta un electrón al moverse desde un potencial VA hasta un potencial VB siendo la
diferencia de potencial VA – VB = 1V. Equivale a 1,60217656*10-19 Julios.
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 35 |
P á g i n a
𝑯
𝟐 → 𝑯𝒆
𝟐 + 𝑯
𝟑 (𝟎. 𝟖𝟐 𝑴𝒆𝑽) + 𝒏 (𝟐. 𝟒𝟓 𝑴𝒆𝑽), (3)
siendo ahora 𝑯𝒆 𝑯 𝟐 + 𝑯 𝟐 → 𝑯
A su vez, se puede ver que la reacción que más energía puede aportar es aquella en la que
𝟑 (𝟏. 𝟎𝟏 𝑴𝒆𝑽) + 𝒑 (𝟑. 𝟎𝟐 𝑴𝒆𝑽), (4)
donde 𝒑 es un protón.
𝑯
𝟐 + 𝑯𝒆
𝟒 (𝟑. 𝟕𝟏 𝑴𝒆𝑽) + 𝒑 (𝟏𝟒. 𝟔𝟒 𝑴𝒆𝑽). (5)
𝟑 → 𝑯𝒆
Siendo a su vez el ciclo del tritio el siguiente:
𝑳𝒊
𝟔 + 𝒏 → 𝑯𝒆
𝟒 + 𝑯
𝟑 + (𝟒. 𝟖 𝑴𝒆𝑽), (6)
Figura 24 - Sección eficaz de fusión en función de la energía de isótopos del hidrógeno. FUENTE:
donde 𝑳𝒊
𝟔 es un núcleo de Litio-6.
ttp://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/106/htm/sec_5.htm
los núcleos que se fusionan son un núcleo de deuterio y otro de tritio. Para hacerse una
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
idea de cuál es la magnitud de energía liberada por esta reacción, se calcula que se
necesitarían alrededor de unos 25 gramos de deuterio y tritio para cubrir la demanda
energética de una persona para toda su vida, por lo tanto, la energía liberada por tan solo
600 kg de deuterio equivaldría a 1,3 millones de toneladas de petróleo.
Por contrapartida, se ha de tener en cuenta que para que se produzcan reacciones de fusión
fuente de energía.
nuclear se ha de sobrepasar la barrera energética producida por las fuerzas de repulsión
MINAS Y ENERGÍA Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
del núcleo hasta el hierro, siendo éste núcleo el más estable, para después disminuir
Santiago Salguero Pereda 36 |
P á g i n a
electrostática entre los núcleos cargados positivamente. Cabe mencionar a su vez que,
nuclear atrae a otros nucleones, pero debido a que el influjo de esta fuerza es de corto
cuando un nucleón (ya sea un protón o un neutrón) se añade a otro núcleo, la fuerza
alcance, atrae sólo a los inmediatamente próximos.
vuelve negativa y los núcleos más pesados, correspondientes a más de 208 nucleones, se
Generalmente, la energía de enlace por nucleón aumenta conforme aumenta el tamaño
nuevamente con el tamaño del núcleo. Finalmente, la energía de enlace por nucleón se
vuelven inestables.
Figura 25 - Energía de enlace por nucleón. FUENTE: https://sites.google.com/site/fisica2palacios/fisica-
Una excepción a todo esto, y parte de la explicación de por qué se usa el deuterio y el
tritio para generar helio, es que la energía promedio de enlace del helio es mayor que la
del litio (el siguiente elemento de la tabla periódica. La explicación de ello la proporciona
una parte del principio de exclusión de Pauli23, donde se establece que, debido a que los
estado cuántico, concluyendo esto que, al estar sus dos protones y sus dos neutrones en
protones y los neutrones son fermiones24, no pueden existir dos de ellos en el mismo
estado fundamental, la energía de enlace por nucleón es tremendamente grande y por
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
tanto es un núcleo muy estable.
moderna/fisica-nuclear
23 El principio de exclusión de Pauli, enunciado por Wolfgang Ernst Pauli, es un principio de la mecánica
cuántica el cual dice que no puede haber dos fermiones con el mismo estado cuántico, es decir, dos
24 Un fermión es uno de los dos tipos de partículas básicas que existen en la naturaleza, siendo el otro tipo
fermiones no pueden compartir todos sus números cuánticos, siempre dentro del mismo sistema cuántico.
fermiones: los quarks y los leptones. Se consideran los constituyentes básicos de la materia interactuando
el bosón. Son caracterizados por tener un espín semi-entero. Según el modelo estándar, hay dos tipos de
entre sí gracias a un tipo en particular de bosones. Se les llama fermiones en honor a Enrico Fermi.
decir, cuando la gravedad trata de aglutinar el plasma, la presión de éste hace que tienda
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 37 |
P á g i n a
· 3.1.1. La fusión nuclear en la naturaleza
se da en la naturaleza. Y es que la fusión nuclear es mucho más común de lo que se piensa,
Una vez visto el fundamento de la fusión nuclear, se ha de ver en qué condiciones
nuclear se da en la naturaleza en todas las estrellas del universo y el Sol es una estrella.
porque es gracias a ella por la que la Tierra alberga vida. Ello es debido a que la fusión
la fusión nuclear a gran escala. Una estrella es una bola incandescente de plasma la cual
Se ha de describir pues qué es una estrella, dado que es el lugar natural donde se realiza
obtiene su forma debido a la gravedad y a un equilibrio de sus fuerzas hidrostáticas, es
los iones desde una perspectiva clásica. Pero la realidad dice lo contrario. Esto es debido
a expandirse hacia afuera. Dicha presión, a su vez, depende de la temperatura,
manteniéndose ésta lo más constante posible debido a la energía que emite la estrella.
Una estrella emite luz y calor debido a las continuas reacciones de fusión nuclear que se
Figura 26 - Estrella Sol, centro del sistema solar. FUENTE: NASA
están produciendo en ella. A su vez, la medida estándar para medir la masa de las estrellas
es la masa solar, siendo ésta la masa que posee el Sol. La masa del Sol es de, muy
pueden estar comprendidas entre 0.08 y 200 Msol, siendo los objetos estelares de
aproximadamente, 2 × 1030 kg. Se puede decir entonces que las masas de las estrellas
Aun teniendo en cuenta las enormes temperaturas y la gravedad que se da en una estrella,
hidrógeno de masa menor al límite inferior de ese rango llamadas enanas marrones25.
a que entran en juego fenómenos cuánticos como el efecto túnel, haciendo que dos
resulta que la temperatura alcanzada en una estrella sería insuficiente para que se fusionen
Para clarificar todo ello, se ha de explicar en qué consiste el efecto túnel:
partículas que presenten energías insuficientes para la fusión nuclear desde una
perspectiva clásica, tengan una probabilidad no nula de traspasar la barrera de potencial
que separa a ambas. Por otro lado, al haber un número tan elevado de posibles colisiones,
sostenga, pero no tantas como para que le estrella llegue a explotar.
se dan las reacciones de fusión estadísticamente necesarias como para que la estrella se
insuficientemente masivos como para que las reacciones de fusión nuclear se mantengan en el tiempo.
25 Las enanas marrones son cuerpos subestelares compuestos de hidrógeno fundamentalmente, siendo
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE MINAS Y ENERGÍA
𝟑 + 𝟐𝜸 (𝟓, 𝟓 𝑴𝒆𝑽), (8)
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 38 |
P á g i n a
- El efecto túnel es un fenómeno dentro de la mecánica cuántica por el cual una
partícula viola los principios de la mecánica clásica y penetra una barrera potencial
mayor a la energía cinética que porta dicha partícula.
Figura 27 - Ejemplo de efecto túnel cuántico. FUENTE: http://triplenlace.com/2013/07/07/el-efecto-tunel-explica-
que-se-den-en-el-espacio-reacciones-quimicas-que-no-se-producen-en-condiciones-normales/
elementos. Poniendo como ejemplo la estrella de nuestro sistema solar, el Sol, tenemos
Lo usual en una estrella es que se inicie su combustión nuclear al entorno del 75% de
hidrógeno y 25% de helio, admitiendo también muy pequeñas cantidades de otros
𝟏 es un protón, 𝑯
que las reacciones que se producen en ella, según la cadena protón-protón, son:
𝟒 𝑯 𝟏 → 𝟐 𝑯 𝟐 + 𝟐𝒆+ + 𝟐𝒗𝒆 (𝟒, 𝟎 𝑴𝒆𝑽 + 𝟏, 𝟎 𝑴𝒆𝑽), (7)
La reacción global simplificada es la siguiente:
donde 𝑯 𝟐 es un núcleo de deuterio, 𝒆+es un positrón y 𝒗𝒆 es un
antineutrino electrónico.
𝟐 𝑯 𝟏 + 𝟐 𝑯
𝟑 es un núcleo de Helio-3 y 𝜸 es radiación gamma.
𝟐 → 𝟐 𝑯𝒆 donde 𝑯𝒆
𝟐 𝑯𝒆
𝟑 → 𝑯𝒆
𝟒 + 𝟐 𝑯
𝟒 es un núcleo de Helio-4.
𝟏 (𝟏𝟐, 𝟗 𝑴𝒆𝑽), (9)
donde 𝑯𝒆
𝟏 → 𝑯𝒆
Simplificando a su vez estas reacciones, queda:
𝟒 𝑯
Esto es válido para estrellas que posean un núcleo cuya temperatura sea del orden de 107
𝟒 + 𝟐𝒆+ + 𝟐𝒗𝒆 (𝟐𝟔, 𝟕 𝑴𝒆𝑽). (10)
10 Msol, la reacción será:
K. Para estrellas cuyo núcleo tenga temperaturas del orden de 108 K y oscilen entre 0,8 y
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
Santiago Salguero Pereda 39 |
MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía. P á g i n a 𝑯𝒆 𝟒 + 𝑯𝒆
𝟏𝟐 es un núcleo de Carbono-12.
𝟒 + 𝟗𝟐 𝒌𝒆𝑽 → 𝑩𝒆
𝟖 , (11) donde 𝑩𝒆
𝟖 es un núcleo de Berilio-8.
𝑯𝒆 𝟒 + 𝑩𝒆 𝟖 + 𝟔𝟕 𝒌𝒆𝑽 → 𝑪 𝟏𝟐 , (12)
de la reacción primigenia, la del hidrógeno, continúan fusionándose, produciendo aún
donde 𝑪 𝑪
𝟏𝟐 → 𝑪
𝟏𝟐 + 𝜸 + 𝟕, 𝟐 𝑴𝒆𝑽, (13)
donde 𝜸 es radiación gamma.
𝟏𝟐 + 𝜸 + 𝟕, 𝟐 𝑴𝒆𝑽. (14)
𝟑 𝑯𝒆 𝟒 → 𝑪
Además, se puede decir que la composición global de una estrella varía en función de la
generación a la que pertenezca. Al inicio de una vida de una estrella de tamaño
helio y el 2% restante lo forman elementos muchos más pesados aportados por estrellas
equiparable a la del Sol, la composición sería del entorno al 75% de hidrógeno, 23% de
muertas antes del nacimiento del Sol.
combustible nuclear ligero (hidrógeno e isótopos y helio) debido al continuo
Queda, por último, hablar de la extinción de las estrellas. Esto se debe al agotamiento del
abastecimiento a las reacciones de fusión nuclear.
mucho, puesto que en cuanto se produce el primer núcleo de hierro, están condenadas.
Como bien se mencionó con anterioridad, la reacción de fusión es exotérmica hasta llegar
al hierro, donde pasa a convertirse en endotérmica. Esto, para las estrellas, quiere decir
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
Debido a que la fusión es una reacción en cadena, los núcleos de los elementos originados
energía. Esto es así hasta que el hierro entra en escena, absorbiendo lo que las otras
reacciones están generando, haciendo que la estrella irradie menos energía y provocando
que se eleve la cantidad de núcleos de elementos pesados en la estrella debido a la
continuidad de la fusión nuclear.
- Para estrellas cuya masa sea inferior a 5 Msol, al formar la fase de gigante roja,
Una vez las estrellas comienzan a morir, pueden hacerlo de formas completamente
diferentes, y esto es debido a que este proceso depende de la masa que tengan:
- Por el contrario, si las estrellas poseen una masa superior a 9 ó 10 Msol, realizan
expulsan las capas exteriores. Una vez ocurrido esto, el restante que queda es el
núcleo degenerado de la estrella, rico en carbono y oxígeno, llamado también
presentes en las condiciones óptimas sea grande, lográndose esto encerrando un gas
enana blanca.
toda su evolución hasta el llamado pico del hierro, donde agotan toda la energía
potencial nuclear de la que disponen, transcurriendo las últimas etapas más rápido
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE MINAS Y ENERGÍA fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 40 |
P á g i n a
debido a la fusión del silicio en hierro. En función a su vez de la masa y la
 Si la masa es superior a 30 Msol, parte de las capas de la supernova no
metalicidad26, tendrán 4 finales posibles:
 La mayoría producirá una supernova y una estrella de neutrones.
 Si la masa es superior a 40 Msol y poseen baja metalicidad, se producirá un
podrán escapar de la gravedad de la estrella de neutrones y se producirá un
segundo colapso en un agujero negro.
desintegrándose así la estrella por completo.
remanente inicial de agujero negro por lo que no se producirá una
supernova.
 Si la masa solar oscila entre 140 y 260 Msol y teniendo muy baja
metalicidad, se producirá una supernova de pares electrón-positrón,
unas determinadas condiciones. Para ello se ha de asegurar que la cantidad de núcleos
· 3.1.2. Tipos de confinamiento de un plasma
Para llevar a cabo la fusión nuclear de manera eficiente es necesario que esté en
26 La metalicidad es un concepto de astrofísica utilizado para la descripción de los elementos más pesados
compuesto por los átomos de combustible en una cierta región y manteniéndolo confinado
bajo determinadas condiciones.
Además, los requisitos para que la fusión se produzca son conocidos como “Criterio de
Lawson”, enunciado por John Lawson en 1957, el cual dice que para que una reacción de
sistema sea rentable desde el punto de vista energético27, es necesario que se cumpla una
fusión de elementos ligeros (Deuterio y Tritio) sea llevada a cabo de manera que el
relación entre el tiempo de confinamiento y la densidad del plasma
para las pérdidas de energía también sea largo, debido a los criterios que establecen que,
Ello hace que la densidad de partículas del gas tenga que ser alta y que el tiempo medio
para densidades bajas y tiempos cortos, las pérdidas y ganancias de energía son
gas, 𝑻, y de la eficiencia entre la conversión a energía útil de la energía de fusión, 𝜺, así
prácticamente iguales.
A su vez, esto expresa que el producto del tiempo de confinamiento de la energía, 𝝉𝑬, y
la densidad 𝒏 ha de ser mayor de una cierta cantidad que depende de la temperatura del
Tabla 1 - Valores típicos de las magnitudes características en dependencia de los distintos tipos de confinamiento.
como del mecanismo usado para realizar la fusión, siendo que:
que el helio en una estrella, recibiendo éstos el nombre de metales, aunque no formen parte de ellos en la
27 Para que un sistema sea rentable desde el punto de vista energético, la energía producida por el
tabla periódica. También se le llama electronegatividad.
sistema ha de ser mayor que la energía consumida por el mismo.
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
Santiago Salguero Pereda 41 |
MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía. P á g i n a
𝒔
𝒏𝝉𝑬 > 𝑭𝒂𝒄𝒕𝒐𝒓(𝑻, 𝜺) (15)
Figura 28 - Criterio de Lawson. FUENTE: http://science.fusion4freedom.us/nuclear-fusion-reactors/
A su vez, para la reacción DT tenemos que: 𝒏𝝉𝑬𝑻 ≳ 𝟑 × 𝟏𝟎 𝟐𝟏 𝒌𝒆𝑽 ⋅ 𝒎𝟑 (16)
Tiempo de Confinamiento [s] ∞ 1 10-9
Siendo los valores típicos para las magnitudes características en cada método de
confinamiento los siguientes: Magnitud Gravitatorio (Sol) Magnético Inercial
radio y que contiene unos 3 miligramos de deuterio-tritio (DT), y un haz láser.
Temperatura [*106 K] 15 100 100 Densidad [m-3] 1032 1020 1030
A su vez, los tipos de confinamiento pueden definirse de la siguiente forma:
o 3.1.2.1. Confinamiento gravitatorio.
El confinamiento gravitatorio es el que se da en el universo de forma
natural. Se basa en el confinamiento de las partículas mediante el propio campo
gravitatorio generado por ellas mismas. Generalmente, su origen está en que, al
el caso en el que la masa sea la necesaria para que las reacciones de fusión
colapsar gravitatoriamente las nubes de plasma que hay en el universo, dándose
provoquen la ignición, se crea una estrella. El funcionamiento de una estrella
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
queda correctamente definido en el apartado 3.1.1.
Figura 29 - Estrella, ejemplo de reactor de fusión nuclear por confinamiento gravitatorio. FUENTE: NASA
MINAS Y ENERGÍA
P á g i n a
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 42 |
combustible nuclear, que es una esfera hueca de aproximadamente 1 o 2 mm de
o 3.1.2.2. Confinamiento inercial
El confinamiento inercial trata de lograr la ignición termonuclear durante
unas breves décimas de nanosegundo. Para ello se necesitan dos elementos:
cinética de las partículas del interior se transforma en energía interna a gran
El confinamiento inercial trata de lograr la ignición termonuclear durante unas
breves décimas de nanosegundo. Para ello se necesitan dos elementos:
combustible nuclear, que es una esfera hueca de aproximadamente 1 o 2 mm de
radio y que contiene unos 3 miligramos de deuterio-tritio (DT), y un haz láser. La
de plástico, la intermedia contiende DT helado y el núcleo DT gaseoso.
cápsula de combustible consta de 3 capas: la más exterior, de 0,003mm de espesor
ignicion-de-la-fusion-por-confinamiento-inercial-queda-fuera-de-la-agenda-del-nif-para-2012/
Figura 30 - Cápsula de DT para el confinamiento inercial. FUENTE: http://francis.naukas.com/2012/01/09/la-
Los pasos a seguir para lograr la fusión nuclear mediante este método son los
la energía de la capa externa, creándose alrededor de la capa externa una
siguientes:
- Se introduce la cápsula en el interior de la cavidad donde se llevará a cabo
la reacción y se dispara sobre ella pares de haces coincidentes aumentando
combustible DT. La región interna se comprime a medida que la capa
envoltura de plasma caliente. Los haces también pueden ser de iones.
- La energía se transfiere al interior, ocasionando una implosión del
externa libera energía de la fusión, debido a la energía que ha transferido
el láser.
Figura 32 - Reactor de fusión nuclear mediante confinamiento inercial. FUENTE:
- Debido a la compresión a la que se ve sometida el interior, la energía
velocidad, causando un repentino aumento de la temperatura en la región
Figura 31 - Pasos a seguir en la fusión nuclear mediante confinamiento inercia. FUENTE:
central.
http://www.astrofisicayfisica.com/2014/02/la-fusion-nuclear-por-confinamiento.html
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA
Santiago Salguero Pereda 43 |
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía. P á g i n a
justamente el situado en la región más central, siendo las partículas α creadas en
La reacción ocurre solamente en una parte del DT existente en la cápsula, que es
la reacción, con poco alcance, las que favorecen la propia reacción en el núcleo
confinamiento, el combustible también aumenta su densidad. También la
de la cápsula. A su vez, aquellas que logran escapar hasta la capa externa,
aumentando su energía, también favorecen a la reacción. Durante el tiempo de
radiación y neutrones emitidos por la reacción son depositados en las paredes de
energía enormemente. Este mecanismo es conocido como ignición rápida.
la cámara donde es llevado a cabo el proceso, siendo su energía absorbida y
transferida a un líquido refrigerante, siendo éste el final del ciclo.
Matemáticamente se pueden definir varios parámetros del confinamiento
https://portalhispano.wordpress.com/tag/fusion-nuclear/
inercial:
de quemado termonuclear 𝑻𝑸 , siendo ambos:
 El tiempo de confinamiento 𝑻𝑪 ha de ser comparable con el tiempo
𝑻𝑪 =
siendo 𝑹 el radio exterior del combustible, 𝒎 la masa equimolar (en el
𝑹
𝟐𝑲𝑻
𝒎
, (17)
〈𝝈𝒗〉𝒏
𝑻𝑸 = 𝟏
𝑻 la temperatura,𝝈 la sección eficaz, 𝒗 la velocidad de los iones del plasma
, (18)
caso del DT es 2,5 veces la masa del protón), 𝑲 la constante de Boltzmann,
y 𝒏 la densidad de iones.
Además, el láser en este tipo de confinamiento puede llegar a ser de 1 PW, los
 A su vez, la eficiencia viene dada por:
𝑬 = 𝑻𝑪 𝑻𝑸 (19)
cuales pueden llegar a durar cientos de femtosegundos a intensidades superiores a
Santiago Salguero Pereda 44 |
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía. P á g i n a
para perforar la envoltura del plasma y después uno de 1020 W/cm2 para penetrar
1018 W/cm2. Son capaces de generar electrones de varios cientos de MeV.
También suelen emitir pulsos en dos etapas, siendo el primer pulso de 1018 W/cm2
iluminación directa.
en el interior y causar que los electrones cercanos al combustible aumenten su
Sin embargo, hay dos formas de atacar la cápsula con el láser:
- Mediante iluminación directa, haciendo que el láser incida directamente
en la capa exterior, evaporando así su material superficial y creando una
conducción térmica, mientras que a su vez la superficie que interacciona
envoltura de plasma. Después, la energía se transmite al interior mediante
con el láser avanza hacia el interior comprimiéndolo y creando ondas de
de ser inferior al 1%, obligando a usar un enfoque muy preciso y varios
choque en el combustible, hasta acelerarlo a unos 400000 m/s. Sin
embargo, la desviación del láser con respecto a la normal de la cápsula ha
haces, siendo un problema de difícil solución.
sitúa en el interior de un cilindro relleno de gas inerte y cuyas dimensiones
- Mediante iluminación indirecta, siendo usada por el NIF, se salva el
inconveniente que posee la directa. El método se basa en que la cápsula se
son 2 cm de largo y 7 mm de diámetro, para más tarde introducir por los
veces, que crea un campo isótropo de radiación. Gracias a esto se evita la
extremos un pulso láser que colisiona con las paredes interiores del
cilindro. Éstas absorben el pulso y lo reemiten en forma de rayos X
blandos. Así comienza su ciclo de absorciones y reemisiones, de hasta 10
perfecta simetría que han de tener los haces coincidentes usados en
plasma totalmente confinado debido al decrecimiento de la intensidad de campo
o 3.1.2.3. Confinamiento magnético
El confinamiento magnético tiene como objetivo el confinamiento y
guiado de un gas plasmático ionizado en el interior de un reactor mediante la
creación de campos magnéticos, siendo esto debido a las elevadas temperaturas
otro material. Se basa en que las partículas cargadas sienten la fuerza de Lorentz
en las que se encuentra el plasma hacen que no pueda estar en contacto con ningún
debida al campo magnético: ?⃗? = 𝒒(?⃗? × ?⃗⃗? ) (20)
circulares y a formar hélices sobre las líneas de campo. A su vez, éstas se pueden
El fundamento se basa en que las partículas cargadas del plasma, los iones y los
electrones, se ven forzadas, gracias a los campos magnéticos, a tener órbitas
Santiago Salguero Pereda 45 |
mover libremente en la dirección longitudinal de las líneas de campo.
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE MINAS Y ENERGÍA
fuente de energía.
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura P á g i n a
Además, los campos magnéticos apropiados para este tipo de confinamiento son
Figura 33 - Iones moviéndose alrededor de las líneas de campo magnético helicoidalmente e iones moviéndose sin
líneas de campo magnético. FUENTE: http://www.scienceinschool.org/node/2837
Para la realización del cálculo del combustible necesario para la operatividad del reactor
aquellos circulares que se cierran sobre sí mismos. Pero esto no mantiene el
anular puro, haciendo que las partículas sean expulsadas hacia las paredes del
reactor. Entonces, para evitarlo, se han de retorcer las líneas de campo para
magnético esté activo. Una vez realizado, las líneas de campo crean superficies
conseguir que el plasma quede permanentemente confinado mientras el campo
magnéticas, anidadas entre sí, análogamente a una cebolla y sus capas. Un
prerrequisito obligado es la ausencia de una componente radial en el campo
magnético, puesto que llevaría las partículas hacia el exterior del reactor.
A su vez, hay dos tipos fundamentales de reactores de fusión nuclear mediante
Figura 34 - Ejemplo de confinamiento mediante campos magnéticos. FUENTE: http://hydrogen.physik.uni-
wuppertal.de/hyperphysics/hyperphysics/hbase/magnetic/toroid.html
termonuclear mediante iones confinados en campos magnéticos. Mediante este proceso
confinamiento magnético, los cuales serán descritos en el siguiente apartado.
· 3.1.3. Principales reactores de fusión nuclear por confinamiento
magnético
En la actualidad, los reactores de fusión termonuclear son proyectos en fase
experimental que en un futuro se utilizarán para la generación de energía de fusión
Santiago Salguero Pereda
de generación de energía se corresponden, entre otros, los dos tipos de reactores más
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE MINAS Y ENERGÍA
fuente de energía.
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura

46 |
P á g i n a
importantes: el modelo tipo Stellarator, como el español TJ-II de “Tokamak de la Junta
de Energía Nuclear”, y el modelo tipo Tokamak, como el JET que proviene de “Joint
“International Thermonuclear Experimental Reactor” o Reactor Termonuclear
European Torus” o Toro Común Europeo o el futuro ITER que proviene de
A continuación, se procede a la explicación del funcionamiento de ambos tipos de
Experimental Internacional en español, pero curiosamente también significa “camino” en
latín reactores:  Reactor tipo Tokamak:
rosquilla hueca). La Figura 35 muestra las características fundamentales de un reactor
El reactor tipo Tokamak28 es un reactor que tiene forma toroidal (se asemeja a una
tokamak. El tokamak tiene dos campos magnéticos principales. El primero es el campo
disposición constructiva altamente compleja, se tienden a realizar una serie de bobinas de
toroidal, que es producido por una bobina de un material superconductor, que minimiza
las pérdidas energéticas debido al efecto Joule, en forma de toro. Al ser esto una
que el plasma se encuentre bien confinado y no pueda escapar. Por poner un orden de
campo en las que la suma de los campos generados en todas ellas genera un campo
toroidal. La segunda componente es la componente poloidal, siendo ésta generada por la
corriente que atraviesa el plasma. Al combinarse ambos campos se da lugar a un
magnitud, el campo toroidal es del orden de 10 veces superior al campo poloidal.
enroscamiento de las líneas de campo sobre las superficies magnéticas, originando ello
28 Llamado así al ser un acrónimo ruso de “TOroidal'naya KAmera s MAgnitnymi Katushkami” o en
Figura 35 - Esquema de un tokamak en el que se muestra la inducción de corriente al plasma gracias a un trafo
primario devanado. FUENTE: http://lukyrh.blogspot.com.es/2016/01/seaaan-rojos-y-teoricos-intelectuales.html
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
español cámara toroidal con bobinas magnéticas. MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda

47 |
P á g i n a
El primer tokamak consistió en una cámara de vacío con forma toroidal en cuyo interior
El desarrollo del tokamak se remonta a los años 50 en la antigua Unión Soviética (URSS).
del gas hasta convertirlo en plasma para que luego un fuerte campo helicoidal acabara por
había hidrógeno y un dispositivo que mediante fuertes descargas provocaba la ionización
confinarlo.
en el borde de los tokamaks y que provocan la pérdida repentina de partículas y energía
Otras dos fechas destacadas fueron: mayo de 2000, donde físicos estadounidenses
superaron el fenómeno de los ELMs (Edge Localized Modes) que son modos localizados
tokamak: el ya funcional JET y el aún por construirse ITER. Además, se hablará de lo
en el reactor, y en mayo de 2006 donde se firmó en Bruselas el acuerdo del proyecto
ITER.
Más adelante se procederá al desarrollo de los dos reactores más importantes del tipo
que se espera que sea el primer reactor operativo, DEMO.
bobinas. En la Figura 36 se puede observar el esquema del Heliac flexible del TJ-II , el
 Reactor tipo Stellarator:
El reactor tipo Stellarator29 es un reactor con formas asemejadas a un toroide, cuyo
campo poloidal es generado por la inducción de corrientes externas al plasma mediante
resurgieron debido a los problemas que éstos presentaban allá por la década de 1990.
stellarator español. El primer stellarator fue inventado en 1950 por el científico
estadounidense Lyman Spitzer y construido solamente un año después en Princeton, en
el Laboratorio de Física de Plasma. Perdieron relevancia debido a los tokamaks, pero
29 Su nombre hace referencia a “stella” o estrella y a “generator” o generador.
Los campos magnéticos de los stellarators son no uniformes y no simétricos.
Figura 36 - Esquema del reactor Stellarator Heliac flexible TJ-II. FUENTE: http://fusionsites.ciemat.es/tj-ii/
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
y la generación del confinamiento de un reactor tipo tokamak y uno tipo stellarator.
MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 48 |
P á g i n a
En la Figura 37 se pueden observar las principales diferencias entre las cámaras de fusión
nuclear en reactores tipo tokamak, se desecha el desarrollo de los reactores
Figura 37 - Diferencias de un reactor tokamak a un reactor stellarator. FUENTE:
http://www.economist.com/news/science-and-technology/21676752-research-fusion-has-gone-down-blind-alley-
means-escape-may-now-be
experimentales tipo stellarator.30
Debido a que el estudio se va a centrar en la generación de energía mediante la fusión
El planteamiento recae ahora sobre conocer el panorama actual en cuanto a estos tipos de
· 3.1.4. Reactores Tokamak experimentales: presente y futuro
Como ya se ha definido con anterioridad, actualmente los reactores tokamak son
la apuesta principal a la hora de llegar a hacer una central de fusión termonuclear mediante
confinamiento magnético totalmente operativa. Esto es debido a las bondades citadas con
Culham. Su construcción fue finalizada en 1983.
anterioridad.
reactores y cuáles son sus perspectivas de futuro. Para ello se procederá a hablar sobre
los 3 reactores más importantes que se pueden mencionar: el JET31, el ITER32 y el
actualidad. Se sitúa a las afueras de Oxford, en una vieja base de la RAF34 cerca de
DEMO33.
 JET:
El JET se trata del reactor tokamak operativo más grande del mundo en la
32 El ITER es el gran proyecto por el cual se trata de demostrar la viabilidad de esta energía. Estado
30 Esto es debido a que, en la actualidad, en el desarrollo de los reactores de fusión nuclear mediante
confinamiento magnético se ha priorizado por la construcción de reactores tipo tokamak, estando los tipo
31 El JET es un reactor tokamak que en la actualidad se encuentra en estado operativo.
stellarator una generación por detrás.
actual: en construcción.
producida por el combustible DT. Logró en 1991 un pico de 1,7 MW de potencia, siendo
33 El DEMO espera ser la primera planta comercial de generación de energía mediante fusión nuclear.
Estado actual: desarrollo temprano.
34 RAF es la sigla en inglés para “Royal Air Force” o Real Fuerza Aérea, la división aérea del ejercito inglés.
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
Santiago Salguero Pereda 49 |
fuente de energía.
P á g i n a
Está equipado con sistemas de manejo remotos para hacer frente a la radioactividad
El ITER es un reactor de fusión termonuclear en desarrollo por diversas potencias
el mejor registro hasta 2004, consiguiéndose una razón entre energía entrante y energía
saliente del reactor de aproximadamente 0.7, queriendo decir que para conseguir 16 MW
de potencia se necesitaron 22.8MW, lo cual imposibilita de momento su viabilidad,
En 2004 fue cerrado para ser remodelado y aumentar su potencia hasta los 40 MW, siendo
puesto que se necesita de una ratio superior a 1.
reabierto en 2005, permitiendo amplios estudios para desarrollar el ITER.
fabrica-energia-fusion-201307062226.html
Figura 38 - Interior del horno del reactor JET. FUENTE: http://www.abc.es/ciencia/20130707/abci-supermaquina-
 ITER: mundiales35, las cuales tratan de hacer viable la producción de energía mediante fusión.
en el plasma para arrancar el reactor, sea la energía proporcionada por el propio plasma
Su construcción está emplazada en Cadarache, Francia.
El ITER tiene como objeto probar todos y cada uno de los elementos para construir un
reactor de fusión nuclear a escala comercial. Para ello se tratará de llegar a la ignición del
combustible. Además, se pretende que la razón entre entre la energía suministrada por la
Que el combustible llegue a estado de ignición quiere decir que la reacción pueda ser
reacción y la suministrada para que se pueda llevar a cabo sea bastante mayor que 1.
la que retroalimente la reacción, haciendo innecesario el aporte de energía externa.
autosostenida, es decir, que tras el pico de energía inicial que el sistema ha de introducir
Santiago Salguero Pereda 50 |
Para ello es importante definir el llamado factor 𝑄 del plasma, es decir, la razón entre la
energía consumida y la suministrada por la reacción:
𝑸𝑫𝑻 =
𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆 𝒄𝒂𝒍𝒆𝒏𝒕𝒂𝒎𝒊𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒂𝒖𝒙𝒊𝒍𝒊𝒂𝒓
𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒔𝒖𝒎𝒊𝒏𝒊𝒔𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂 𝒑𝒐𝒓 𝒍𝒂 𝒓𝒆𝒂𝒄𝒄𝒊ó𝒏
, (21)
35 Las potencias mundiales asociadas al ITER son la Unión Europea, Japón, Estados Unidos de América,
MINAS Y ENERGÍA
Corea del Sur, la India, Rusia y China, haciendo un total de 25 naciones colaboradoras.
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
http://physicsworld.com/cws/Articles/ViewArticle.do?channel=news&articleId=24295
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía. P á g i n a
siendo la 𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒔𝒖𝒎𝒊𝒏𝒊𝒔𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂 𝒑𝒐𝒓 𝒍𝒂 𝒓𝒆𝒂𝒄𝒄𝒊ó𝒏 aquella potencia que es
generada mediante la fusión del plasma y la
𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆 𝒄𝒂𝒍𝒆𝒏𝒕𝒂𝒎𝒊𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒂𝒖𝒙𝒊𝒍𝒊𝒂𝒓aquella necesaria para llevar al plasma a las
condiciones de fusión.
Es importante que este factor 𝑄sea mayor que 1, puesto que eso hace que la potencia que
sobrante pueda ser usada mediante sistemas auxiliares para generación de energía.
suministra la reacción sea mayor que la de calentamiento, haciendo que esa potencia
En la Figura 39 queda reflejado aquello que se quiere llegar a conseguir con el ITER.
la primera planta experimental a escala grande, haciendo que los científicos
Figura 39 - Ratio de potencias de los diferentes reactores, incluido el ITER. FUENTE:
Es importante también saber que cuando se habla de temperaturas del plasma suele
usarse una conversión, la cual viene dada por la siguiente expresión:
𝑻 =
𝟏 𝒆𝑽
𝟏. 𝟑𝟖 × 𝟏𝟎−𝟐𝟑𝑱/°𝑲
= 𝟏. 𝟔 × 𝟏𝟎−𝟏𝟗 𝑱
= 𝟏𝟏𝟔𝟎𝟎°𝑲 → 𝟏𝒆𝑽 = 𝟏𝟏𝟔𝟎𝟎°𝑲 (22)
𝟏. 𝟑𝟖 × 𝟏𝟎−𝟐𝟑𝑱/°𝑲
El ITER, a su vez, quiere demostrar las siguientes cosas:
lo que haría que el factor 𝑄 fuera de 10. Esa energía no sería capturada para
1. Producir 500 MW de energía de fusión, con una potencia suministrada de 50 MW,
convertirla en electricidad, pero, gracias a que sería el primer experimento de
2. Demostrar las operaciones integradas de diferentes tecnologías con el fin de crear
fusión en producir una ganancia de energía neta, prepararía el camino para una
máquina que sí pudiera.
en el futuro una planta de generación mediante fusión nuclear, debido a que sería
centrales, proporcionando así el ITER una oportunidad para probar una maqueta
puedan desarrollar sistemas para la extracción de energía, control del calor y
demás sistemas propios de una central.
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
MINAS Y ENERGÍA
fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 51 |
P á g i n a
3. Conseguir un plasma DT en el que la reacción sea autosostenida en el tiempo, esto
4. Un test de producción del tritio, siendo una de las misiones para etapas posteriores
quiere decir que el plasma se retroalimente, como se ha explicado con
anterioridad.
del funcionamiento del ITER. Su función sería la de demostrar la viabilidad de
de mantos fértiles de tritio en un ambiente de fusión real.
producción del tritio dentro de la cámara de vacío. Esto es debido a que la oferta
mundial de tritio no es suficiente para alimentar las necesidades de las futuras
5. Demostrar las características de seguridad de un dispositivo de fusión. ITER logró
un hito importante en la historia de la fusión cuando, en 2012, la Organización
riguroso e imparcial de sus archivos de seguridad. Uno de los objetivos principales
ITER se licencia como un operador nuclear en Francia sobre la base del examen
del funcionamiento del ITER es demostrar el control del plasma y las reacciones
Debido a todo esto, se desarrolló un calendario el cual estipulaba que para 2020 estaría el
de fusión con consecuencias insignificantes para el medio ambiente.
reactor ya ensamblado y para 2027 se introduciría el primer plasma DT, pero debido a
los entes intervinientes en la construcción de las diferentes partes.
diversos retrasos, aún no hay fechas definitivas para la conclusión de su construcción.
En Figura 40 se puede observar cómo sería el ensamblaje de la cámara del reactor y en
Tabla 2 - Comparativa entre el JET y el ITER. FUENTE: http://www-fusion-magnetique.cea.fr/gb/iter/iter02.htm
Figura 40 - Ensamblaje de la cámara del reactor. FUENTE: https://www.iter.org/construction/construction
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA
Santiago Salguero Pereda 52 |
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía. P á g i n a
http://www.agenciasinc.es/Reportajes/El-ITER-avanza-lento-pero-seguro
Figura 41 - Entes constructores de los diferentes elementos del reactor. FUENTE:
A su vez, en la Tabla 2 podemos ver una comparativa de dimensiones con la cámara de
Radio menor (m) 1.25-2.10 2
combustión del JET, así como de otros parámetros, para así poder ver la evolución con
respecto de su antecesor. JET ITER Radio mayor (m) 2.96 6.2
Corriente del plasma (MA) 4.8 15
Volumen del plasma (m3) 100 837 Campo toroidal (T) 3.45 5.3
Como aún no se ha desarrollado el ITER, aún no se sabe muy bien cuando sería su
Duración del pulso (S) 20 >300
Potencia de calentamiento (MW) 35 73
 DEMO:
El DEMO sería, en un futuro, el primer reactor de fusión nuclear totalmente operativo y
con vocación experimental. Sería la primera de una serie de plantas para la generación de
electricidad mediante esta vía. Es el paso siguiente al ITER, cuando éste último haya
para que una central de este tipo pueda ser 100% funcional.
demostrado su completa viabilidad y se hayan estudiado todos los sistemas pertinentes
La comunidad internacional, aún en desacuerdo, prevé que DEMO sea diseñado para
Las dimensiones de DEMO se presuponen un 15% más grandes que las del ITER y la
producir entre 2 y 4 GW de potencia térmica, estando en la escala de una central eléctrica
convencional. densidad del plasma un 30% mayor también.
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 53 |
P á g i n a
construcción, pero, aun habiendo retrasos en el ITER, una buena línea cronológica de
sucesos sería la siguiente:
A su vez, un esquema del funcionamiento podría ser el siguiente:
Figura 42 - Línea cronológica para la ejecución de DEMO (inexacta). FUENTE: CERN
http://www.conicit.go.cr/boletin/boletin75/plasmas_fusion_nuclear2.html
Figura 43 - Posible esquema de funcionamiento de DEMO. FUENTE:
Por otra parte, DEMO no sería la central final, dado que aún estamos hablando de un
La reacción que se espera que se lleve a cabo dentro de DEMO sería:
reactor experimental. La primera central comercial plenamente operativa, de la cual aún
no hay nada proyectado, se llamaría PROTO36. 𝑯 𝟐 + 𝑯 𝟑 → 𝑯𝒆
36 PROTO viene del acrónimo “PROTOtype Power Plant” o “Planta de Generación Prototipo”.
𝟒 (+𝟑. 𝟓𝑴𝒆𝑽) + 𝒏 (+𝟏𝟒. 𝟏𝑴𝒆𝑽), (23) donde 𝑯
𝟐 es el núcleo del Deuterio, 𝑯
𝟑 es el núcleo del Tritio, 𝑯𝒆
Helio-4 y 𝒏 es un Neutrón.
𝟒 es el núcleo del
MINAS Y ENERGÍA
de palabras las cuales delimitarán aquello que se quiere buscar, siendo utilizado en este
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 54 |
P á g i n a
3.2. Análisis científico
En este apartado, una vez ha sido estudiada la fusión nuclear en sus vertientes, así
bibliografía específica y resúmenes con el fin de saber cuál es la actualidad entorno a la
como de lo que el futuro la depara, se procede a la revisión del panorama de los artículos,
investigación científica en dicho campo, para así dar un mejor enfoque a este estudio.
acceso a esta base de datos es proporcionado por la Universidad de Cantabria, puesto que
El análisis será realizado gracias a una base de datos, siendo utilizada en este caso Scopus
debido a que es aquella que mejores resultados arroja en cuanto a calidad se refiere. El
Debido a que el fin del presente estudio pretende darle una viabilidad a la fusión nuclear,
el fondo de textos de dicha universidad también se haya en dicha base. El funcionamiento de esta base de datos es sencillo. Se basa en la introducción de campos
caso el campo de palabras clave, ya sean solas o en grupos, con el fin de acotar aquellas
publicaciones de relevancia para el estudio. También se puede acotar el rango temporal
en un rango determinado de tiempo. Además, podemos delimitar el tipo de documento al
que se quiere abarcar, con el fin de poder ver la evolución en la publicación de artículos
1. Ciencias de la Vida: son aquellas entre las que se encuentran la agricultura,
que se quiere tener acceso con el fin de realizar una búsqueda más específica. A su vez,
podemos acotar más la búsqueda con el fin de buscar en 4 áreas, siendo éstas:
3. Ciencias Físicas: son aquellas entre las que se encuentran la ingeniería, las
bioquímica o neurociencia entre otras.
2. Ciencias de la Salud: son aquellas entre las que se encuentran la medicina,
la enfermería o la veterinaria entre otras.
los campos elegidos serán los campos 3 y 4. Esto es debido a que en uno de ellos puede
matemáticas, la química o la física entre otras.
4. Ciencias Sociales y Humanidades: son aquellas entre las que se encuentran
las artes, la psicología o la economía entre otras.
Figura 44 - Datos introducidos en la primera búsqueda.
darse en caso de que se hable de toda la teoría de la fusión nuclear y sus cálculos, así
como de la ingeniería que ello requiere, y en el otro caso puede hablarse de la
Para la primera búsqueda se han empleado los criterios que aparecen en la Figura 44,
cuantificación económica, así como de la repercusión social que pudiera tener.
arrojando un total de 15561 artículos distribuidos entre 1968 y 2016.
1969 y 2016 usando las palabras clave “nuclear fusion” y “power plant”, con el objetivo
Al realizar la segunda búsqueda han sido arrojados 1006 resultados comprendidos entre
de dirimir cuantos artículos hay que hablen de plantas de generación de energía mediante
fusión nuclear.
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
Para la tercera búsqueda, los resultados han sido de 53 resultados usando las palabras
clave “nuclear fusion” y “future”, comprendidos entre 1981 y 2015.
“nuclear fusion” + “power plant” + “viability” 2
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE MINAS Y ENERGÍA fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 55 |
P á g i n a En la cuarta búsqueda, se han empleado como palabras clave “nuclear fusion” y
“viability”, arrojando un resultado de 23 resultados comprendidos entre 1996 y 2015,
para así contemplar a su vez cuántos hacen mención a la viabilidad, ya sea técnica y/o
económica, de la energía de fusión nuclear.
Los resultados arrojados en la tercera y cuarta búsqueda, al ser un número reducido, han
sido revisados individualmente para así ver la importancia que podrían tener de cara al
presente estudio.
arroja, uno del año 2004 y otro del año 2014, al usar como palabras clave “nuclear
Pero es, sin embargo, al realizar una quinta búsqueda en la que los 2 resultados que nos
fusion”, “power plant” y “viability”, hace orientar el análisis científico en uno de ellos,
resultados arrojados de alto interés.
puesto que es el que más interés pueden tener a la hora de la realización del presente
estudio. El otro artículo a analizar será mediante la segunda búsqueda, al ser uno de los
A continuación, serán expuestos los datos totales de las búsquedas realizadas para una
Tabla 3 - Número de artículos encontrados usando los diferentes criterios de búsqueda.
vista más aclarativa:
Criterio de búsqueda (palabras clave) Número de Artículos
“nuclear fusion” 15561
“nuclear fusion” + “future” 53
“nuclear fusion” + “power plant” 1006
no así con “nuclear fusion” y “viability”, dado que ésta última presenta el pico en 2012.
“nuclear fusion” + “viability” 23
Además, se incluirá la Gráfica 1 en la que se puede ver la evolución temporal de las
diferentes búsquedas, para poder analizarlo con posterioridad.
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 56 |
P á g i n a
Gráfica 1 - Cantidad de artículos por año usando los diferentes criterios de búsqueda.
En la Gráfica 1 podemos observar las evoluciones temporales usando los diferentes
grandes anomalías que presenta, siendo la primera en el año 1989 debido al desarrollo de
criterios de búsqueda.
Resulta interesante en la primera búsqueda usando “nuclear fusion” el análisis de las dos
reactores tipo stellarator debido a los problemas que por aquel entonces tenían los
que el pico le tiene como la anterior en 2008, siendo una anomalía debida al ITER y su
tokamak, y la segunda en 2008 debido al ITER y su evolución para con DEMO.
Algo parecido ocurre cuando se usa “nuclear fusion” y “power plan” juntos, debido a
evolución en DEMO.
generar un 40% del consumo, siendo necesario en una estrategia a medio plazo el uso de
Ocurre exactamente lo mismo con la búsqueda usando “nuclear fusion” y “future” pero
A continuación, se procederá al análisis de los dos artículos elegidos usando los criterios
de búsqueda anteriormente citados.
El primer artículo analizado, obtenido mediante los criterios de la segunda
búsqueda, será “Short- and long-range energy strategies for Japan and the world after
the Fukushima nuclear accident” cuyo ISSN es 17480221. En dicho artículo, realizado
Fukushima Dai-chi en 2011, analizando además que fue acrecentado debido a la toma de
en 2016, se habla de la repercusión que tuvo el accidente de la central nuclear de
combustibles fósiles tenga que ser reducido en un 80% para 2050, o al menos esa es la
conciencia de la sociedad en cuanto al calentamiento global. Ello hace que el consumo de
0
meta. Para ello se habla de la instalación de fuentes de energía alternativa, con el
inconveniente según los autores de que la energía eólica y fotovoltaica sólo podrían
"nuclear fusion" + "future"
200
400
800
600
1200
1000
1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
N ú m er o d e ar íc u lo s Año
"nuclear fusion" + "power plant"
Artículos por Año "nuclear fusion"
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
"nuclear fusion" + "viability"
"nuclear fusion" + "power plant"
+ "viability"
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA fuente de energía.
sistemas de almacenamiento de energía. Para la estrategia a largo plazo, más allá de 2050,
Santiago Salguero Pereda 57 |
P á g i n a
en energía eléctrica; y DEMO B, que pretende ser aún más optimista. Al ser un programa
se espera que el uso de fuentes de energía como la fusión termonuclear unidas a los
sistemas de almacenamiento solucionen los problemas energéticos de la humanidad. Las
palabras clave usadas por los autores en este artículo son: “Analysis and statistical
methods”, “Data processing methods” y “Simulation methods and programs”.
“PROCESS: A systems code for fusion power plants - Part 1: Physics” cuyo ISSN es
El segundo artículo, obtenido mediante los criterios de la quinta búsqueda, será
analiza y evalúa la física, ingeniería y economía de las hipotéticas centrales de fusión
09203796. En este artículo se habla de PROCESS, un programa cuyo código informático
maximizados o minimizados en función de un coeficiente dado según unas entradas y
nuclear. Dicho programa utiliza un modo de optimización en el que los parámetros son
mucho más que la física del reactor, involucrando desde la conversión del calor en
unas restricciones específicas. El alcance de dicho programa, cuyo código es preciso, es
DEMO A que ha sido destinada a ser conservadora, suponiendo que los sistemas de
electricidad, el propio edificio, etc. Se han realizado ensayos sobre el modelo del ITER
arrojando diferentes escenarios. A su vez, se han obtenido dos modelos para DEMO:
Santiago Salguero Pereda 59 |
conversión únicamente conviertan el 12% del calor en electricidad en un escenario
normal, siendo el optimista de hasta el 33% de la energía térmica del reactor convertida
que analiza más allá del plasma, la física del plasma está descrita de forma simplista en
el código, necesitándose del futuro análisis del funcionamiento del ITER para mejorar y
extrapolar desde la perspectiva de la física del plasma. Las palabras clave usadas por los
autores son: “Deuterium”, “Economics”, “Fusion reactor”, “Thermonuclear” y
“Tritium”.
Estos dos artículos son interesantes debido a que el primero resalta la importancia de
vez el segundo nos da un aporte para el estudio y es que, siendo optimistas, se podrá
mirar hacia la energía de fusión nuclear debido a que es el futuro y el segundo debido a
que gracias a PROCESS nos es posible hacer escenarios hipotéticos sobre DEMO. A su
diseñar un sistema para la extracción de energía térmica del reactor que convierta el 33%
Santiago Salguero Pereda 58 |
de esa energía en energía eléctrica, siendo éste último dato usado como base para
determinados cálculos del estudio.
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE MINAS Y ENERGÍA fuente de energía.
Tomando como unidad de tiempo el segundo
P á g i n a 4. METODOLOGÍA
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía. P á g i n a
A continuación, se procede a la definición de la metodología a emplear en el
presente estudio. Para ello se tratarán de aplicar conocimientos descritos en la teoría del
capítulo 3, así como de conocimientos propios. A su vez, la correcta definición de la
 Cálculo del combustible necesario.
metodología será de ayuda a la hora de escoger los datos para la realización del estudio.
serán necesarios definir diferentes parámetros:
𝟒 (+𝟑. 𝟓𝑴𝒆𝑽) + 𝒏 (+𝟏𝟒. 𝟏𝑴𝒆𝑽) (24)
- La reacción que se lleva a cabo en el reactor, siendo en este caso:
𝑯 𝟐 + 𝑯 𝟑 → 𝑯𝒆
donde 𝑯
𝟐 es el núcleo del Deuterio, 𝑯
𝟒 es el núcleo del
𝟑 es el núcleo del Tritio, 𝑯𝒆
Helio-4 y 𝒏 es un Neutrón.
- La energía que se aprovecha, siendo ésta calculada mediante estimaciones. Dichas
estimaciones se basan en que el aprovechamiento, según fuentes de ITER, se va a realizar
- Una vez obtenida la potencia térmica necesaria, se calcularán los moles de neutrones
mediante la captura de neutrones y a su vez, mediante PROCESS se calcula que dichos
sistemas tendrán un 33% de rendimiento en el caso más óptimo.
probabilidad de fusión, se toma esta como una probabilidad calculada gracias a los datos
que se necesitan para darla, pero, debido a que el Deuterio y el Tritio tienen una pequeña
del ITER.
- Se prosigue con el cálculo de los moles de Deuterio y Tritio necesarios.
día.
- Se calcula además la masa necesaria de Deuterio y Tritio, así como el volumen del
plasma, considerando una densidad de plasma como la del ITER.
- Se calcula la cantidad mínima necesaria para un año a pleno funcionamiento las 24h del
de DEMO, que serán un 15% mayores, haciendo que su volumen de plasma sea mucho
- Se corrige con un factor en base al tiempo estimado de paradas programadas.
- Se realizan de nuevo los cálculos, tomando esta vez como nuevos datos la densidad del
plasma de DEMO, siendo ésta un 30% mayor que la del ITER y las dimensiones lineales
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
mayor. Dicho cálculo deberá llevarse a cabo multiplicando la densidad del plasma del
ITER por 1,3 y a su vez multiplicando el volumen del ITER por 1,153 por aumentar sus
dimensiones lineales en un 15% así como de un factor 1,3 para poder obtener la densidad
del plasma necesario.
 Impacto Ambiental
nuclear, se han de tener en cuenta diversos apartados, los cuales serán ponderados del 0
MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 60 |
P á g i n a
A la hora de estimar el impacto ambiental que puede producir una central de fusión
2. Vertidos gaseosos: según la cantidad de vertidos de gases perniciosos (CO2, NOx,
al 4, para así obtener, al final del todo, una estimación del impacto que producen:
1. Impacto visual: según la zona, el impacto visual será más o menos importante.
- Zona poco poblada: 2
Las zonas serán clasificadas en:
- Zona desértica: 0
- Zona medianamente poblada: 3
- Zona industrial: 1
- Vertidos de baja cantidad: 1
- Zona altamente poblada: 4
etc.) se evaluarán los vertidos a la atmósfera de la siguiente forma:
- Vertidos nulos: 0
- Vertidos de baja cantidad: 1
- Vertidos de muy alta cantidad: 4
- Vertidos de cantidad moderada: 2
- Vertidos de alta cantidad: 3
evaluarán de la siguiente forma:
3. Vertidos líquidos: según la cantidad de líquidos vertidos (jabones, ácidos, etc) se
- Vertidos nulos: 0
- Residuos de alta, media y baja actividad, material de oficina y residuos
- Vertidos de cantidad moderada: 2
- Vertidos de alta cantidad: 3
4. Residuos: a su vez se evaluarán los residuos generados por la planta de la siguiente
- Vertidos de muy alta cantidad: 4
forma:
- Residuos de baja actividad, material de oficina y residuos orgánicos: 1
- Ningún tipo de residuo: 0
orgánicos: 2
- Residuos de media y baja actividad, material de oficina y residuos
orgánicos: 3
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
- Residuos de alta, media y baja actividad, material de oficina, residuos
orgánicos y agentes químicos: 4
 Coste económico.
1. Coste de la central, el cual se realizará mediante estimaciones realizadas por la
El coste económico será calculado en función de varios parámetros:
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
comunidad internacional, al no contar todavía con números económicos reales de
lo que pudiera costar. MINAS Y ENERGÍA
de la potencia y de muchos otros aspectos, no será calculado, quedando este como
fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 61 |
P á g i n a
2. Coste del combustible, tomando como referencia en lo calculado en el primer
Debido a que el coste de personal puede ser muy variable, dado que depende del país,
apartado, se calculará el coste de abastecimiento de la central objeto.
una variable no calculada a tener en cuenta.
Se elaborará una matriz con el resumen de los cálculos anteriores con el fin de poder hacer
 Abundancia del combustible
Se analizarán las reservas de combustible, tanto para la central objeto del estudio como
para todas las centrales tipo, con el fin de ver el tiempo de abastecimiento.
Se tendrá en cuenta la opinión social sobre este tipo de energías, obteniéndose de medios
 Opinión social
de comunicación de ámbito internacional. Se clasificará en:
1. Deplorable.
 Elaboración de la Matriz
2. Muy mala.
3. Mala.
5. Buena.
4. Regular.
7. Excelente.
6. Muy buena.
Santiago Salguero Pereda 63 |
una comparación rápida con otros tipos de energía.
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 62 |
P á g i n a
5. DESCRIPCIÓN DE LOS DATOS DEL
ESTUDIO
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
6. Vertidos a la atmósfera: vapor de agua de los sistemas de refrigeración abiertos
MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía. P á g i n a
El presente estudio tiene por objeto el análisis de la implantación de una futurible
central de fusión termonuclear mediante confinamiento magnético, tipo ITER, con el fin
de estudiar su viabilidad. Para ello se definen los siguientes parámetros, por los cuales
queda definida la central:
1. Potencia eléctrica necesaria: 1 GW.
3. Sistema de captura energética mediante la captura de neutrones de la reacción,
2. Combustible usado: plasma de Deuterio y Tritio.
con un rendimiento del 33%.
Figura 45 - Ejemplo de construcción del reactor experimental ITER. FUENTE: https://www.iter.org
4. Coste del Deuterio: 700 €/kg.
5. Coste del Tritio: 26720 €/g.
de los intercambiadores de calor.
7. Vertidos a la biosfera: no se vierte ningún agente perjudicial a la biosfera.
8. Residuos: los residuos considerados serán de baja actividad, así como material de
oficina y residuos orgánicos debidos al comedor y a los aseos.
habitantes, estando en las cercanías de un río en la loma de un monte.
9. Se pondrá a una distancia de 1 km de la población más cercana, de 100000
Dicha central, a su vez, generará en su totalidad 2000 puestos de empleo entre desarrollo,
10. Se parará durante 1 semana cada 6 meses para revisión de componentes.
construcción y operación. ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
anteriormente descrita, siendo a continuación detallados:
MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 64 |
P á g i n a
6. CÁLCULOS REALIZADOS
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
Santiago Salguero Pereda 65 |
MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
6.1. Resultados Obtenidos
fuente de energía. P á g i n a
Consideramos 50% Deuterio y 50% Tritio
Los cálculos realizados han sido llevados a cabo siguiendo la metodología
 Cálculo del combustible necesario
El cálculo del combustible necesario, siguiendo la metodología previamente descrita, ha
sido llevado a cabo para 4 posibles hipótesis. Dichas hipótesis se centran en el análisis de
la probabilidad de que se dé la reacción de fusión nuclear en los siguientes casos:
3. Siguiendo datos de DEMO para 3 GWth.
1. Siguiendo los datos del ITER.
2. Siguiendo datos de DEMO para 2 GWth.
4. Siguiendo datos de DEMO para 4 GWth.
Densidad del Plasma 1E+14 iones/cm^3
1. Según los datos del ITER.
Matm Deuterio 2,01410178 uma
Según datos ITER
Potencia Reacción 94542035834 W
Matm Tritio 3,0160492 uma 1 uma 1,66054E-27 kg
Masa media a 0,5 mol de D y T 2,51507549 uma
Densidad del Plasma 4,17638E-13 kg/cm^3
Masa Plasma ITER 0,000349563 kg
Volumen ITER 837 m^3
Potencia Térmica ITER 500 MW
𝟑 → 𝑯𝒆
1 mol 6,02214E+23 partículas
Reacción 𝑯 𝟐 + 𝑯
Calculamos los moles de Deuterio y Tritio en el plasma
𝟒 (+𝟑. 𝟓𝑴𝒆𝑽) + 𝒏 (+𝟏𝟒. 𝟏𝑴𝒆𝑽)
Moles de Deuterio 0,069493554 mol
1 MeV 1,60218E-13 J
Moles de Tritio 0,069493554 mol
Moles de Neutrones 0,069493554 mol
Energía Neutrón 14,1 MeV
Calculamos la probabilidad de reacción, dividiendo
Energía Neutrones Reacción 94542035834 J
la potencia térmica entre la potencia real
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
Probabilidad de la reacción 0,528865277 %
MINAS Y ENERGÍA
Santiago Salguero Pereda 66 |
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
P á g i n a
Rendimiento de la Reacción 0,528865277 %
Calculo del combustible necesario para la central
Potencia Demandada 1 GWe
Potencia Térmica 3 GWth
Moles de Neutrones 0,416961323 mol
Potencia Reacción 5,67252E+11 W
Tomando como unidad de tiempo el segundo
Energía de los Neutrones 5,67252E+11 J
Energía Reacción 5,67252E+11 J
Moles Deuterio 0,416961323 mol
Se hacen parones por un total de 2 semanas
Moles Tritio 0,416961323 mol
Masa Deuterio 0,839802543 g/s
Masa Combustible 2,097378408 g/s
Masa Tritio 1,257575865 g/s
En el caso más desfavorable de que siempre se tenga que
Consideramos que el año tiene 52 semanas
Combustible necesario 634,2493279 kg
renovar siempre el 100% del plasma cada segundo
Tiempo en funcionamiento 50 semanas
Si cada segundo renovamos sólo un 1% del plasma
Combustible necesario 63424,72305 kg
mediante inyección de pellets
Masa media a 0,5 mol de D y T 2,51507549 uma
2. Siguiendo datos de DEMO para 2 GWth.
Según datos DEMO a 2 GWth
Matm Deuterio 2,01410178 uma
Densidad del Plasma 1,3E+14 iones/cm^3
Matm Tritio 3,0160492 uma
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
1 uma 1,66054E-27 kg
Consideramos 50% Deuterio y 50% Tritio
Densidad del Plasma 5,42929E-13 kg/cm^3
Volumen ITER 1654,864088 m^3
Potencia Térmica ITER 2000 MW
Masa Plasma ITER 0,000898475 kg
1 mol 6,02214E+23 partículas
fuente de energía.
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA
Calculamos los moles de Deuterio y Tritio en el plasma
Santiago Salguero Pereda 67 |
P á g i n a
Reacción
𝟑 → 𝑯𝒆
𝑯
𝟐 + 𝑯
𝟒 (+𝟑. 𝟓𝑴𝒆𝑽) + 𝒏 (+𝟏𝟒. 𝟏𝑴𝒆𝑽)
Moles de Deuterio 0,178617805 mol
Rendimiento de la Reacción 0,823047348 %
Moles de Tritio 0,178617805 mol
Moles de Neutrones 0,178617805 mol
Energía Neutrón 14,1 MeV
Energía Neutrones Reacción 2,42999E+11 J
1 MeV 1,60218E-13 J
Tomando como unidad de tiempo el segundo
Calculamos la probabilidad de reacción, dividiendo
Potencia Reacción 2,42999E+11 W
Probabilidad de la reacción 0,823047348 %
la potencia térmica entre la potencia real
Potencia Térmica 3 GWth
Calculo del combustible necesario para la central
Potencia Demandada 1 GWe
En el caso más desfavorable de que siempre se tenga que
Potencia Reacción 3,64499E+11 W
Tomando como unidad de tiempo el segundo
Energía de los Neutrones 3,64499E+11 J
Energía Reacción 3,64499E+11 J
Moles de Neutrones 0,267926707 mol
Masa Deuterio 0,539631658 g/s
Moles Deuterio 0,267926707 mol
Moles Tritio 0,267926707 mol
Se hacen parones por un total de 2 semanas
Masa Tritio 0,80808013 g/s
Masa Combustible 1,347711788 g/s
Consideramos que el año tiene 52 semanas
Santiago Salguero Pereda 68 |
renovar siempre el 100% del plasma cada segundo
Tiempo en funcionamiento 50 semanas
Si cada segundo renovamos sólo un 2% del plasma
Combustible necesario 40754,80447 kg
mediante inyección de pellets
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
Combustible necesario 815,0974371 kg
MINAS Y ENERGÍA
3. Siguiendo datos de DEMO para 3 GWth.
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
P á g i n a
𝟒 (+𝟑. 𝟓𝑴𝒆𝑽) + 𝒏 (+𝟏𝟒. 𝟏𝑴𝒆𝑽))
Según datos DEMO a 3 GWth
Densidad del Plasma 1,3E+14 iones/cm^3
Matm Deuterio 2,01410178 uma
1 uma 1,66054E-27 kg
Matm Tritio 3,0160492 uma
Masa media a 0,5 mol de D y T 2,51507549 uma
Consideramos 50% Deuterio y 50% Tritio
Volumen ITER 1654,864088 m^3
Densidad del Plasma 5,42929E-13 kg/cm^3
Masa Plasma ITER 0,000898475 kg
𝟐 + 𝑯
Potencia Térmica ITER 3000 MW
1 mol 6,02214E+23 partículas
Calculo del combustible necesario para la central
Reacción
𝑯
𝟑 → 𝑯𝒆
Calculamos los moles de Deuterio y Tritio en el plasma
Moles de Deuterio 0,178617805 mol
Moles de Neutrones 0,178617805 mol
Moles de Tritio 0,178617805 mol
Energía Neutrón 14,1 MeV
Tomando como unidad de tiempo el segundo
1 MeV 1,60218E-13 J
Energía Neutrones Reacción 2,42999E+11 J
Calculamos la probabilidad de reacción, dividiendo
Potencia Reacción 2,42999E+11 W
la potencia térmica entre la potencia real
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
Probabilidad de la reacción 1,234571022 %
Potencia Demandada 1 GWe
Rendimiento de la Reacción 1,234571022 %
Potencia Térmica 3 GWth
Tomando como unidad de tiempo el segundo
Potencia Reacción 2,42999E+11 W
Energía de los Neutrones 2,42999E+11 J
Energía Reacción 2,42999E+11 J
Moles Deuterio 0,178617805 mol
Moles de Neutrones 0,178617805 mol
Moles Tritio 0,178617805 mol
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
Masa Deuterio 0,359754438 g/s
Masa Tritio 0,538720087 g/s
Si cada segundo renovamos sólo un 3% del plasma
MINAS Y ENERGÍA
fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 69 |
Se hacen parones por un total de 2 semanas
P á g i n a
Masa Combustible 0,898474525 g/s
Consideramos que el año tiene 52 semanas
Combustible necesario 27169,86965 kg
En el caso más desfavorable de que siempre se tenga que
renovar siempre el 100% del plasma cada segundo
Moles de Neutrones 0,178617805 mol
Tiempo en funcionamiento 50 semanas
mediante inyección de pellets
Combustible necesario 815,0969879 kg
4. Siguiendo datos de DEMO para 4 GWth.
Según datos DEMO a 4 GWth
Densidad del Plasma 1,3E+14 iones/cm^3
Matm Deuterio 2,01410178 uma
1 uma 1,66054E-27 kg
Matm Tritio 3,0160492 uma
Masa media a 0,5 mol de D y T 2,51507549 uma
Consideramos 50% Deuterio y 50% Tritio
Volumen ITER 1654,864088 m^3
Densidad del Plasma 5,42929E-13 kg/cm^3
Masa Plasma ITER 0,000898475 kg
𝟐 + 𝑯
Potencia Térmica ITER 4000 MW
1 mol 6,02214E+23 partículas
Moles de Deuterio 0,178617805 mol
Reacción
𝑯
𝟑 → 𝑯𝒆
𝟒 (+𝟑. 𝟓𝑴𝒆𝑽) + 𝒏 (+𝟏𝟒. 𝟏𝑴𝒆𝑽)
Calculamos los moles de Deuterio y Tritio en el plasma
Potencia Térmica 3 GWth
Moles de Tritio 0,178617805 mol
Energía Neutrón 14,1 MeV
Energía Neutrones Reacción 2,42999E+11 J
1 MeV 1,60218E-13 J
Tomando como unidad de tiempo el segundo
Calculamos la probabilidad de reacción, dividiendo
Potencia Reacción 2,42999E+11 W
Probabilidad de la reacción 1,646094696 %
la potencia térmica entre la potencia real
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA
fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 70 |
P á g i n a
Calculo del combustible necesario para la central
Potencia Demandada 1 GWe
mediante inyección de pellets
Rendimiento de la Reacción 1,646094696 %
Potencia Reacción 1,8225E+11 W
Tomando como unidad de tiempo el segundo
Energía Reacción 1,8225E+11 J
Moles de Neutrones 0,133963354 mol
Energía de los Neutrones 1,8225E+11 J
Masa Deuterio 0,269815829 g/s
Moles Deuterio 0,133963354 mol
Moles Tritio 0,133963354 mol
Consideramos que el año tiene 52 semanas
Masa Tritio 0,404040065 g/s
Masa Combustible 0,673855894 g/s
En el caso más desfavorable de que siempre se tenga que
Se hacen parones por un total de 2 semanas
renovar siempre el 100% del plasma cada segundo
Si cada segundo renovamos sólo un 4% del plasma
Tiempo en funcionamiento 50 semanas
Combustible necesario 20377,40224 kg
La matriz de ponderaciones de impacto, definida en la metodología, dados los datos del
Combustible necesario 815,0967633 kg
En verde están resaltados los consumos de combustible globales para las diferentes
hipótesis, quedando de la siguiente forma resumida:
Hipótesis 2 815,097 326,370 488,728 kg
Combustible Total Deuterio Tritio
Hipótesis 1 634,249 253,957 380,292 kg
A la vista de éstos resultados y debido a que tanto la geometría como el funcionamiento
Hipótesis 3 815,097 326,370 488,727 kg
Hipótesis 4 815,097 326,369 488,727 kg
hipótesis 1, con 253,957 kg de Deuterio y 380,292 kg de Tritio.
de DEMO no están completamente definidos, el gasto de combustible será el gasto de la
 Impacto Ambiental.
estudio, queda de la siguiente forma:
experimental, se puede decir que su precio es un precio demasiado alto dado que las
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 71 |
P á g i n a
Impacto Valoración
Impacto Visual 3
Vertidos Líquidos 0
Vertidos Gaseosos 0
Residuos 1
confinamiento magnético aún no se sabe con certeza. Si bien, sabemos que la
TOTAL 4
 Coste Económico
El coste económico de una central de 1 GWe de fusión termonuclear mediante
construcción del ITER ronda los 13.000 millones de €. Dado que es un reactor
aleación de Litio dentro del propio reactor, las fertilizarían el reactor con Tritio mediante
tecnologías aún no están completamente definidas, por lo que haciendo estimaciones se
puede cifrar en el futurible coste de una central de las características previamente descritas
de la tecnología conforme éste avance.
en aproximadamente 4.000 millones de €. La estimación se basa en la bajada de precios
El coste económico del combustible viene dado por el gasto del combustible anualmente,
Dicho coste supondría un total de 10.161.585.330 € anuales, de los cuales 10.161.407.560
siendo:
Deuterio Tritio Combustible Total
Cantidad 253,957 380,292 634,249 kg
TOTAL 177770 10161407560 10161585330 €
Precio 700 26720000 - €/kg
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
€ son debidos al Tritio. La solución a éste problema sería poner unas placas de una
la ecuación (6). Debido a que ésta tecnología aún está en desarrollo, no será implementada
en el presente estudio, quedando así un coste aproximado de 4.000 millones de € más
10.161.585.330 € anuales.
 Abundancia del Combustible
El Deuterio tiene una abundancia en la Tierra del 0,0156% respecto al total de átomos de
hidrógeno, es decir, por cada 6500 átomos de hidrógeno, se tiene uno de deuterio. En
periodo de semidesintegración de 12.3 años. No obstante, la obtención del Deuterio
cambio, el Tritio ha de ser obtenido artificialmente debido a que se desintegra, con un
fértiles de Litio para su obtención. Podemos calificar así el Deuterio de abundante y el
artificial es sencilla. No así la del Tritio, necesitando así pues del desarrollo de las paredes
Tritio de poco abundante, debido a las anteriores premisas.
El conjunto de estas tres circunstancias, hace ver que la opinión que pueda tener la
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA
fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 72 |
P á g i n a
 Opinión Social.
En cuando a la opinión social, nos podemos encontrar varias circunstancias. Desde la
(Greenpeace, etc); pasando por la comunidad científica la cual, aunque tiene puntos de
gente que está totalmente en contra de todo lo que tenga que ver con tecnología nuclear
vista en algunos sentidos diferentes, está mayoritariamente a favor de la fusión
desinformación sobre este tipo de tecnologías.
termonuclear como sustituto de centrales convencionales que actúan como centrales base.
Por último, nos encontramos a la sociedad de a pie, la cual en su mayoría tienen
Coste Económico
sociedad como ente global en torno a esta energía pueda ser Regular, dado que, aunque
presente numerosas ventajas con respecto a la gran mayoría de fuentes de energía, la
Potencia de la Central 1 GWe
palabra “nuclear” aún origina cierto pánico.
 Elaboración de la Matriz
Impacto Ambiental 4
Combustible Consumido 634,249 kg
Opinión Social Regular
Coste Económico 4.000 millones € + 10.161.585.330 € anuales
Abundancia del Combustible Deuterio abundante y Tritio poco abundante
6.2. Comparativa: Fusión vs Fisión
Potencia de la Central 1 GWe 1 GWe
Dicha comparación la realizaremos mediante una comparación en la matriz final
del apartado anterior, definiendo para ello los parámetros de la Fisión
Impacto Ambiental 4 10
Parámetros Fusión Fisión
Combustible Consumido 634,249 kg 30.000 kg
Santiago Salguero Pereda 74 |
4.000 millones € +
10.161.585.330 € anuales
15.000.000€ anuales
4.000 millones € +
Abundancia del
Tritio poco abundante
Combustible
Deuterio abundante y
Opinión Social Regular Deplorable
Óxido de Uranio escaso
Se puede observar como la Fusión Nuclear mediante Confinamiento Magnético sale
vencedora frente a la Fisión Nuclear.
MINAS Y ENERGÍA
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
Santiago Salguero Pereda 73 |
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
P á g i n a
Al no poder estas fuentes suplir la futura demanda se trata de idear otro método, siendo
7. CONCLUSIONES
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
P á g i n a
Después del análisis realizado de la Fusión Nuclear, queda por tanto llegar a unas
conclusiones para dar por finalizado este estudio.
Se puede comenzar por ver que las fuentes de energía convencionales pronto dejarán de
existir, puesto que su durabilidad no trasciende más allá del siglo. Debido a ello es
especie, así como del abastecimiento energético en pos del avance tecnológico que está
necesario buscar una fuente de energía la cual nos tenga asegurada la supervivencia como
experimentando y experimentará la sociedad.
de hoy, no pueden suplir la demanda de energía actual, además de no poder sustituir a
Debido a esto, se han diseñado diversas fuentes de energía alternativas las cuales, a día
centrales de generación base por ser fuentes de generación dependientes de factores
fusión en los plasmas para su aprovechamiento.
temporales.
dicho método la fusión termonuclear.
La fusión termonuclear tiene 3 variantes, de las cuales el estudio se centra a su vez en lo
termonuclear mediante confinamiento magnético.
que la comunidad científica internacional se ha centrado en las últimas décadas: la fusión
A día de hoy está claro que aún se van a necesitar muchos años de investigación para
experimentales que quieren hacerlo viable. No obstante, hay determinados obstáculos a
llegar a poner en marcha el primer reactor comercial del mercado, pudiendo incluso a no
llegar a verlo muchos de nosotros si se siguen produciendo retrasos en los reactores
- Si por cualquier motivo el plasma llegara a desconfinarse, al encontrarse en una
salvar para que la fusión pueda ser llevada a cabo, siendo algunos de ellos:
- La tecnología de detritiación o tecnología para la obtención del Tritio suficiente
para abastecer a las centrales.
- Los problemas que ocasionan determinadas partículas al colisionar con las
- El desarrollo de un sistema de extracción del calor generado por las reacciones de
paredes del reactor, activándolas y/o deteriorándolas.
- El reto tecnológico de poder llegar a hacerla viable.
A su vez, la fusión presenta varios retos:
Pero, salvando dichos obstáculos, puede decirse que la Fusión Termonuclear es el futuro
- El reto de hacer que sea una energía a la cual todo el mundo tenga acceso.
Nuclear, saliendo ésta última mucho peor parada.
de la energía. Esto puede hacerse mucho más palpable si la comparamos con la Fisión
Además de todo ello, la Fusión Nuclear presenta una serie de ventajas:
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
- Es imposible que se dé una reacción en cadena.
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
continuo, haciendo que la energía de Fusión Nuclear sea la idónea para la sustitución de
MINAS Y ENERGÍA
fuente de energía.
Santiago Salguero Pereda 75 |
P á g i n a
situación de vacío cuasiperfecto, no habría ningún tipo de riesgo para la integridad
del reactor y de los operarios.
- Si se llegara a la tecnología que nos permitiera, mediante la reacción con el Litio,
de la obtención del Tritio dentro del reactor, la cantidad de Tritio almacenada sería
- Los residuos nucleares dejados por este método tienen un tiempo de vida muy
pequeña, siendo una ventaja puesto que el Tritio es radiactivo.
cortos, considerándose de baja actividad.
convencionales, siendo la alternativa de futuro más viable si se desarrolla correctamente.
Por ello, la Fusión Nuclear sale ganando por mucho en comparación a las energías
Por último, pero no menos importante, se ha de concienciar a la sociedad de los beneficios
las fuentes de energía convencionales para la generación base. Para ello, además, se
y las desventajas de la Fusión Nuclear, haciendo hincapié en que un sistema energético
fiable es aquel que tiene centrales de generación base que puedan estar produciendo de
Santiago Salguero Pereda 77 |
debería de dar la información a la sociedad de la forma más objetiva posible para que
ellos se crearan su propia idea de lo que más les conviene, puesto que serán ellos como
sociedad los que decidan, al final de todo, si esta tecnología podrá llevarse a cabo en su
totalidad o tendrá impedimentos.
 Conclusión Final
será el sustituto ideal a las fuentes de energía para las centrales de generación base.
La conclusión final es que la Fusión Nuclear mediante Confinamiento Magnético
Santiago Salguero Pereda 76 |
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
P á g i n a
8. BIBLIOGRAFÍA
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
- http://www.yosoynuclear.org/index.php?option=com_content&view=article&id
MINAS Y ENERGÍA
fuente de energía.
P á g i n a
- Jaime Semprún (2007). “La Nuclearización del mundo.” Pepitas de Calabaza,
8.1. Bibliografía
Logroño. ISBN 978-84-935704-5-3.
- Paul A. Tipler (1991). “Física. Tomo II.” Editorial Reverte. ISBN 84-291-4357-
2.
- Federico Goded Echeverría y Vicente Serradell García (1975). “Teoría de
de la JEN. ISBN 84-500-6999-8.
reactores y elementos de ingeniería nuclear. Tomo I.” Publicaciones científicas
- Kenneth S. Krane (1988). “Introductory nuclear physics.” John Wiley & Sons,
- Ekrutt, Joachim: “Estrellas y planetas.” Everest Pub, 1996 ISBN 84-241-2746-3.
Inc. ISBN 0-471-80553-X.
- Davies, Paul: “El universo desbocado.” Salvat Editores, 1993. ISBN 84-345-
8895-1.
- http://www.cchen.cl/index.php
- Liboff, Richard L. (2002). “Introductory Quantum Mechanics.” Addison-
Wesley. ISBN 0-8053-8714-5.
8.2. Webgrafía
- http://energia-nuclear.net/
- http://www.minetur.gob.es/energia/Nuclear/Paginas/IndexEnergiaNuclear.aspx
=95:energia-nuclear-y-medio-ambiente&catid=11:divulgacion&Itemid=22
- http://www.forumlibertas.com/energia-nuclear-a-debate-6-argumentos-a-favor-
y-en-contra/
- http://www.elmundo.es/especiales/2006/04/ciencia/energia_nuclear/debate/opini
ones.html
- http://www.larazon.es/historico/2342-no-hay-muchas-mas-reservas-de-uranio-
- http://www.scientificamerican.com/article/coal-ash-is-more-radioactive-than-
nuclear-waste/
- http://www.bp.com/content/dam/bp-
- http://www.ree.es/es/
country/es_es/downloads/PDF/Resumen%20ejecutivo%20SR%202015.pdf
- http://www.coiim.es/Comisiones/Energia/Descargas/El%20MIX%20Electrico%
- https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/WEO2015ES_SP
ANISH.pdf
20Espa%C3%B1ol_DEF.pdf
Santiago Salguero Pereda 78 |
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE
MINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
fuente de energía.
P á g i n a
- http://www.fierasdelaingenieria.com/las-reservas-de-gas-natural-mas-grandes-
- http://economia.elpais.com/economia/2015/11/13/actualidad/1447410732_1086
93.html
del-mundo/
sReservasMundiales
- http://www.enagas.es/enagas/es/QuienesSomos/QueEsElGasNatural/Yacimiento
(DCLL)”. Autora: Iole Palermo, Madrid, Julio 2014.))./////.
- http://www.foronuclear.org/es/el-experto-te-cuenta/115935-iexisten-suficientes-
reservas-de-uranio-en-el-mundo
- http://www.energias.bienescomunes.org/2012/07/12/que-es-la-fusion-nuclear/
fisible-que-de-gas-o-petroleo-HLLA_RAZON_362381#.Ttt1MvACaUTCTND
- https://www.theguardian.com/science/life-and-physics/2011/aug/13/1
espacio-reacciones-quimicas-que-no-se-producen-en-condiciones-normales/
- http://triplenlace.com/2013/07/07/el-efecto-tunel-explica-que-se-den-en-el-
- http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/nucene/lawson.html
- http://www.foronuclear.org/es/el-experto-te-cuenta/120254-ique-es-el-iter
- http://www.astrofisicayfisica.com/2014/02/la-fusion-nuclear-por-
confinamiento.html
- https://www.euro-fusion.org/jet/
Markovianas del transporte.” Autor: José Ángel Mier Maza, Madrid, Febrero
- https://www.iter.org/
8.3. Otros documentos de Apoyo
- Tesis doctoral “Turbulencia inducida por ondas de deriva en plasmas de fusión.
Influencia de la difusión colisional en las propiedades no locales y no
2008.
magnético con envoltura regeneradora líquida de doble refrigerante He/LiPb
- Tesis doctoral “Diseño nuclear de un reactor de fusión por confinamiento )))......






CREO QUE ES OTRA PERSONA, LATINOAMERICANA, Lmm. : 16/12/2015


DANIEL SANTIAGO SALGUERO, ARTISTA VISUAL

Rodrigo Miranda
La economía neoliberal, la tiranía del capitalismo salvaje, ha generado drásticos cambios en el día a día de las personas. Las globalizadas redes de comercio han impuesto feroces nuevos métodos de producción y han forzado cambios en las fuerzas de trabajo. Grandes flujos de población de los países del Sur se han visto obligados a convertirse en mano de obra barata principalmente en los países del Norte. A su vez, en los últimos años nuevos patrones de migración han surgido y las personas se han debido trasladar por razones políticas y económicas -la guerra por apoderarse del petróleo- desde Oriente Medio hacia la Europa Comunitaria en búsqueda de nuevas esperanzas de vida.
Esta edición especial sobre migraciones de la Revista Temporales es intervenida por el artista visual colombiano Daniel Santiago Salguero, quien investiga y sondea paisajes urbanos y detalles domésticos y cotidianos. El artista crea alteregos y heterónimos, realiza intervenciones murales en barriadas populares de Bogotá, organiza redes de arte aeropostal, archiva la bitácora de un coleccionista de triviales clips callejeros o registra a través de la fotografía diaria los funestos efectos del aburguesamiento, la gentrificación y la renovación urbana de las ciudades. En Nueva York, Daniel Santiago Salguero ha sido testigo del crecimiento de barrios donde reina la especulación inmobiliaria y los hipsters pagan rentas astronómicas para mantener su estatus neobohemio. Al mismo tiempo, las familias originales o que viven en viviendas sociales son forzadas a emigrar a otros puntos de la ciudad donde son invisibilizados.
Daniel Santiago Salguero estudió Artes Vivas en la Universidad Nacional de Colombia y ha realizado exposiciones en Brasil, Argentina, Canadá, México, Estados Unidos y Chile. Actualmente, vive en Nueva York y está exponiendo en la muestra colectiva Sights and Sounds, curada por Juan Gaitán, en el The Jewish Museum de Nueva York y en la exhibición Sobre el error, curada por Marco Milan, en la Biblioteca Luis Angel Arango de Bogotá, Colombia.))./////.                                       



Lmm.

No hay comentarios:

Publicar un comentario