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 EnergíaUNIVERSIDAD DE CANTABRIATrabajo Fin de GradoEstudio de Viabilidad de la Fusión Nuclearcomo Futura Fuente de Energía(Feasibility study of nuclear fusionas a future energy source)GRADUADO EN INGENIERÍA DE LOS RECURSOSPara acceder al Título de: ENERGÉTICOSDirector: D. José Ángel Mier MazaAutor: D. Santiago Salguero Pereda Coordinador: D. Raúl Husillos RodríguezEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEMINAS Y ENERGÍA fuente de energía.Santiago Salguero PeredaÍndice GeneralÍndice de Figuras ..........................................................................................3AGRADECIMIENTOS...........................................................................7Índice de Tablas ..........................................................................................6
RESUMEN ..........................................................................................91.2. Las Energías Convencionales y su Agotamiento ........................................................................................ 161. INTRODUCCIÓN .........................................................................................11
1.1. Mix Energético: Evolución y Actualidad ........................................................................................ 13
1.3. Historia de la Energía Nuclear .........................................................................................182. 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 .........................................................................................333.1.2.2. Confinamiento inercial ........................................................................................ 423.1. Análisis teórico .........................................................................................34·
3.1.1. La fusión nuclear en la naturaleza ............................................................................ ............37·
3.1.2. Tipos de confinamiento de un plasma ........................................................................................ 40o
3.1.2.1. Confinamiento gravitatorio. ........................................................................................ 41o
3.1.2.3. Confinamiento magnético .......................................................................... 446. 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 ........................................................................................ 628.2. Webgrafía .........................................................................................776.1. Resultados Obtenidos .........................................................................................65
6.2. Comparativa: Fusión vs Fisión .........................................................................................72
7. CONCLUSIONES .........................................................................................73
8. BIBLIOGRAFÍA .........................................................................................76
8.1. Bibliografía .........................................................................................77Figura 2 - Evolución del Mix Energético en España. FUENTE: www.ree.es ........................................................................................ 138.3. Otros documentos de Apoyo .........................................................................................78
ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEMINAS Y ENERGÍA
Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente 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: UniversidadPopular Carmen de Michelena Tres Cantos ................................................................................ ........17Figura 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/ ........................................................................................ 22dalton .........................................................................................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 .........................................................................................22gone-down-blind-alley-means-escape-may-now-be .................................................................. ......................25Figura 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. FUENTEhttp://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 PeredaFigura 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 DEMINAS Y ENERGÍAEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente 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 ...... ..................................................................................35FUENTE: NASA .........................................................................................41https://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 plasmaqueda-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 eiones 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 .................................. 45gracias a un trafo primario devanado. FUENTE:http://lukyrh.blogspot.com.es/2016/01/seaaan-rojos-y-teoricos-intelectuales.html ............... .........................................................................46http://physicsworld.com/cws/Articles/ViewArticle.do?channel=news&articleId=24295 . 50Figura 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 ........................................................................................ 48Figura 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 Tablashttps://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 ............... 53Figura 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 .........................................................................................63Tabla 1 - Valores típicos de las magnitudes características en dependencia de los distintos tiposhubiera 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
AGRADECIMIENTOSRaúl Husillos Rodríguez por la predisposición, el esfuerzo, tiempo y dedicación mostradaQuisiera 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 nomerecía. A mis tíos Toño, Begoña y Eva, que siempre han estado pendientes de mí y deTambién agradecer a todos mis compañeros por los buenos ratos pasados y el apoyotransmitido, en especial a Rubén Plano San Martín, José Alfredo López Uzquiza, RazvanPascal, Gloria Torre Bermejo y Juan Urresti de las Alas-Pumariño, sin los cuales estosaños no habrían sido lo mismo.
Agradecer además a la Escuela Politécnica de Ingeniería de Minas y Energía por laen la EDM de Judo como en el gimnasio Curling’s, ayudándome muchas veces aformación brindada, sin la cual no podría haber llegado hasta aquí.
En el ámbito personal, también me gustaría agradecer las tardes de entrenamiento, tantolos que mientras estábamos de fiesta, entre ron y whiskey, teníamos nuestras divagacionesdesconectar y a verlo todo desde otra perspectiva, la del sacrificio.
A mis amigos agradecer todo el apoyo brindado durante estos años, esos momentos enPor último y más importante, quiero agradecer a mi familia todo el apoyo brindadosobre todos los aspectos de la vida. También por la de horas y momentos pasados, tantodulces como amargos, llegándolos a considerar como hermanos.
Durante estos años. A mi novia Cris, por todas las horas que me ha tenido que aguantarbrindado 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. Amis padres, porque sin ellos no hubiera llegado ni de lejos hasta aquí, habiéndomeestable durante el tiempo, independientemente de las circunstancias meteorológicas. Estoconsiderándola como una segunda madre, permitiéndome muchas veces caprichos que nocómo iba todo y a mis primos Ruth y Jorge, que me han apoyado siempre, considerandoa Ruth como la hermana que nunca tuve. A todos, de todo corazón, gracias.RESUMENLas 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 estánrealizando diferentes investigaciones en el terreno de la energía con el fin de que, cuandoactividades.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 comoA su vez, la producción energética está compuesta de varios tipos de generación. El mayorproblema radica en la generación base, que es aquella generación que hace mantenersehace que la tecnología para sustituir este tipo de generación ha de ser una tecnología quesupla al sistema de una gran cantidad de energía constante mantenida en el tiempo, sintodo ello, se plantea el análisis de la fusión termonuclear como sustituto ideal a esasmás interrupciones que las propiamente programadas para labores de mantenimiento. Por...//...fuentes de generación energética.
en las condiciones idóneas, desprenden una cantidad ingente de energía. NormalmenteLa 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 dedemostrar 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, contemplandodiferentes puntos de vista, tanto técnicos, sociales, medioambientales, etc. Con el finenergético.último de demostrar que la fusión nuclear será la luz que ilumine nuestro futuroPalabras 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 losrequerimientos de la humanidad en materia energética. Es innegable que la humanidadvive 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 vayande tener en cuenta la creciente sensibilidad social con el medio ambiente, puesto que elactual 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 mediapunta o demás, se ha de desarrollar un sistema que sustituya a cada una de las actuales norenovables.
sería aquel que podría solucionar los problemas de abastecimiento energético para la...//...Por ello, existe un sistema de producción energética, todavía en fase experimental, quela 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.htmlFigura 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 deproducción 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 ENERGÍAenergéticas de las diferentes fuentes de energía para cubrir la demanda eléctrica de unEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía.La primera, y más obvia, es la evolución de las diferentes energías:1.1. Mix Energético: Evolución y Actualidaddeterminado territorio, generalmente países. Según la zona que se analice la distribucióndel mix energético será diferente, en dependencia de los tipos de energía mayoritaria queEn 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 tiendeel 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, siendoproducción de CO2 y gases de efecto invernadero, tan nocivos para el medio ambiente.Figura 2 - Evolución del Mix Energético en España. FUENTE: www.ree.esFigura 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 mixsea el rechazo social que por aquel entonces originaba la energía nuclear.energético español en el año 2013. De ambos se pueden extraer las siguientesconclusiones:
- El parque de generación nuclear se ha mantenido constante debido alegislaciones (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, peroquema 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 suun carbón con unas propiedades más bien malas, necesitándose la importación deconstante 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 menosla 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 respuestaante 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: lareciente creación, puesto que lo que había con anterioridad era más que nadaoscilaciones 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 éstala necesaria por exceso o defecto para cubrir la demanda en un determinadocantidad 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 elsur, 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 energíasen 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, dede 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 tratadoalcanzar en la medida de lo posible.Figura 4 - Evolución estipulada hasta 2020 del Plan de Energías Renovables de España. FUENTE: IDAECuando se habla de energías convencionales se habla de aquellos tipos de fuente1.2. 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 seancaducas. Esto se basa en que el petróleo, por ejemplo, cuenta con unas reservas máximasestimadas, que podrán evolucionar a más si se descubre algún pozo nuevo, que tienen unade 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 diferentescontroversias 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 englobarUna vez analizado el problema conjunto en el tiempo que presentan las fuentes de energíaestos 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 creandichos gases se encuentran aquellas de procedencia orgánica o combustiblesforman más nubes las cuales hacen que haya más precipitaciones, al El vapor de agua, siendo el más generado por la quema decombustibles fósiles. Es un gas de efecto invernadero, que actúa portanto acentuando el cambio climático (a mayor vapor de agua seaumentado su concentración aproximadamente en un 43%, siendohaber mayor temperatura, se evapora y retroalimenta).
El CO2 o Dióxido de Carbono, siendo un componente importante enla atmósfera. Se estima que desde la revolución industrial se haa 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 sonla quema de un combustible por la asociación del nitrógeno y eloxígeno. Son los responsables mayoritarios de la lluvia ácida,- Otro gran problema asociado a los combustibles nucleares es el almacenamientoformando ácido nítrico, o los responsables de la niebla “smog”.la cantidad necesaria de fisiones como para que sea rentable su uso. Éste no esdel combustible nuclear usado, es decir, del uranio empobrecido que ya no generaambiente provoca que la zona directamente afectada cree una atmósfera letal paratanto un problema medioambiental (que lo es porque su liberación en el medioel ser humano) sino de almacenamiento. El problema del almacenamiento esradiactivo. Debido a este peligro potencial en caso de accidente (terremoto,debido a que esos residuos estarán bajo desintegración nuclear durante miles deaños, liberando radiación hasta que no quede en su interior ningún núcleohasta que la tecnología permita hacer algo con ello, ya sea un reprocesado o algotsunami, etc.), el problema que se origina por el almacenamiento del combustiblenuclear radiactivo es el de saber en qué sitio y de qué forma va a ser almacenadopara 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 deMichelena 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, esnecesaria 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 olimpias, 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 añosinvestigar acerca de identificar y clasificar los elementos, formando varios años despuésdespués, en los albores del siglo XVII, y gracias al postulado del químico John Daltonque 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_daltonla 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 futurafuente 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 serpercepción de la naturaleza. Desde el modelo atómico de Niels Böhr, que hizoelementos divisibles, conformados por otros elementos aún más pequeños: los electronesy 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 hicieronposible la percepción del átomo en su totalidad, siendo así subdividido en las partículassubatómicas 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 losEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía....//...neutrones en determinados elementos. Uno de los grandes pioneros en este campo fuedescubrimientos de Frédèric Joliot e Irene Curie de la radioactividad artificial y de lafórmula desarrollada por el brillante físico Albert Einstein6, que correlacionaba la masacon la energía, se vio la posibilidad de generar energía mediante el bombardeo deEn física nuclear se entiende como fisión nuclear a aquella reacción en un núcleoEnrico Fermi, bombardeando en núcleo de hasta 60 elementos, entre ellos el isótopo fisildel Uranio, el U-235. Y como muchos descubrimientos en esta vida, muchos de losavances 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 (electronesde un elemento pesado, que hace que se divida en dos o más partes. Ésta reacción haceque el núcleo del elemento pesado pase a separarse en núcleos de tamaño inferior, dandoasí 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 loFigura 10 - Fisión de Uranio-235 y productos. FUENTE: http://www.quimicas.net/2015/08/la-fision-nuclear.html6 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 entreLa 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 Albertmuy pequeño, la cantidad de energía liberada es enorme, dado que la velocidad de la luzla masa del núcleo sin reaccionar y la masa total de los productos resultantes y 𝑐 lavelocidad de la luz. Analizando esta ecuación se desprende que, para un defecto másicodiferentes medios materiales. Se trata por tanto de reacciones altamente exotérmicas. Sies una cantidad muy grande y además está elevada al cuadrado en la ecuación. Ahí esdonde 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 porse quiere aprovechar la mayor cantidad de energía liberada por dichas reacciones, seráHay varios tipos de reactores y cada uno funciona de una forma diferente, teniendonecesario un medio capaz de absorber la mayor cantidad de calor posible, para así poderutilizarlo.
La energía emitida en las reacciones de fisión nuclear viene dada en forma de energíacinética 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 serecoge será debido al intercambio de energía cinética entre las partículas 𝛼 y 𝛽.Antes sedijo que para que la fisión nuclear se llevara a cabo, los núcleos a fisionar debían de serserá necesaria una masa crítica10 del elemento en cuestión.de elementos pesados, pero también preferiblemente de elementos fisionables, a su vezUna vez conocidos tales datos, todos ellos gracias a cientos de horas de investigaciónsolo que esta vez el combustible que generará el calor será nuclear, por lo que se deberántanto académica como militar, se ve la oportunidad de producir energía eléctrica en basea 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 quede 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 normalmente9 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 losreactores 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 enun 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 calor12 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, elfuente de energía.cual, a diferencia del primero, tiene dos circuitos claramente diferenciados. El primero esnombre. En el circuito de generación, alimentamos la turbina con el vapor agua que saleel del agua que circula por el reactor y captura el calor, pasando después por unintercambiador de calor para ceder calor al circuito de generación. Durante este procesoel agua del circuito primario siempre está en estado líquido debido a la presión, de ahí suen la que dos núcleos ligeros se unen para formar uno más pesado. Dichos núcleos ligerosdel 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 reaccióntremendamente grandes, no hay material capaz de soportar tales condiciones, porsuelen ser el hidrógeno y sus isótopos13. Por norma general, la fusión de dos núcleosligeros va acompañada de la emisión de una alta cantidad de energía, en forma de energíareacciones de fusión, los reactivos han de estar en estado de plasma14, ya que lastemperaturas necesarias para producir este tipo de reacciones son del orden de cientos demillones 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 seda 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 enartificiales 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 másapropiados 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 cuales 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 temperaturaslo que se decidió, mediante la realización previa de un vacío cuasi perfecto, elconfinamiento del plasma mediante una trampa magnética. A su vez, existendiferentes tipos de confinamientos magnéticos, generalmente debido a diversosusos 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. FUENTEhttp://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. Tieneque hacen posible la trampa magnética. Dentro de este reactor su camposiendo superconductora y posicionando el plasma en el toroide; unamagnético toroidal está compuesto por: un solenoide central, siendo unsuperconductor 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 poloidalproducido por bobinas exteriores, siendo de funcionamiento continuo alno 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 unconfinamiento al uso, debido a que no está toda la materia confinada, sino que sele dota por lo general de una energía cinética suficiente a una zona de la materiapara que ésta sea capaz de fusionarse. Por norma general, éste tipo depotencia, por lo que se dispara los pares simultáneamente, comprimiendo laconfinamiento es realizado mediante pares coincidentes de haces láser de altamateria y provocando una reacción de fusión nuclear.http://www.cubaeduca.cu/medias/cienciatodos/Libros_3/ciencia3/135/htm/sec_5.htmFigura 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. SinA su vez presenta la ventaja de que el combustible nuclear para la realización del plasmase puede obtener fácilmente en la naturaleza, puesto que son isótopos del Hidrógeno, yatmosféricos. Entonces, para la obtención del tritio se debería realizar indirectamenteembargo, en el universo, el hidrógeno es el elemento químico más abundante, superandoel 90% de los átomos de materia conocidos. A su vez, los isótopos del hidrógenopresentan 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 dadoque se produce en la Tierra por la interacción de los rayos cósmicos con los gasestermonucleares 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 estáen 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 enhttp://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 desupuesto de fusión termonuclear en las que las condiciones de presión y temperatura sonambos bandos la generación de energía mediante la fusión fría. La fusión fría es unlas 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 déla fusión termonuclear son muchos órdenes de magnitud mayores.
siendo además producto de la constante lucha tecnológico-armamentística entre EEUU yPons. Dicha teoría, habiendo carecido de solidez científica, es considerada a día de hoyla URSS. Los elementos usados en la fusión fría eran isótopos de deuterio fusionados enátomos de helio.
Los precursores de ésta teoría fueron los electroquímicos Martin Fleischmann y Stanleyun 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 SociedadEspañola. 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 laEn 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 lasFigura 20 - Manifestación en contra de las centrales nucleares. FUENTE:capacidad destructiva que es capaz de generar la energía nuclear. Es por ese tipo de cosasque la sociedad teme a la energía nuclear, por su capacidad invisible de destrucción. Silos que más llaman la atención.bien es extremadamente inusual que ocurran accidentes de características nucleares, sonEn cuanto a los accidentes, que se asocian rápidamente con la energía nuclear, cabeen 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 unEl otro gran accidente, mucho más cercano en el tiempo, es el accidente ocurrido ensobrecalentamiento del reactor 4. Esto ocasionó la pérdida de millares de vidas, unasdebidas 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 ocurrió16 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 unaconcatenación de sucesos lo que lo produjo. Ocurrió debido a un terremoto seguido de untsunami. 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 seguridadtsunami arrasó con los sistemas externos de refrigeración, provocando elsobrecalentamiento 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 la21 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 resideen la gestión y el almacenamiento de los residuos de alta actividad18. Para ello, dado queCentralizado o ATC. Pero también hubo manifestaciones en contra, debido al miedo queen España no se cuenta con reprocesadoras, se propuso realizar un Almacén Temporalla energía nuclear ocasiona.su beneficio. Está claro que la energía nuclear por fisión es una energía caduca, pues noViendo el miedo y la desinformación que tiene la sociedad española respecto a la energíanuclear, el verdadero problema reside en aquellos que utilizan dicha desinformación en17 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.comfuentes de energía. Así, se realizará una comparación con una de ellas para demostrar el20 Fragmento de un artículo de la revista Scientific American.ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE MINAS Y ENERGÍAEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía.Santiago Salguero Pereda 31 |P á g i n a2. OBJETO Y ALCANCE DEL ESTUDIOESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DESantiago Salguero Pereda 32 |MINAS Y ENERGÍAEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía. P á g i n aviabilidad de la fusión nuclear como fuente de energía de manera que quede presente queEl presente estudio trata de analizar desde el punto de vista económico la futuraes 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 deenergía.También se realizará un análisis económico de la viabilidad de un reactor de fusióncorrecta realización.Como último punto, se tratará de relacionar todo lo expuesto en el presente estudio conPara todo ello, además se realizará un análisis científico, basado en la lectura de algunosartículos científicos que puedan tener relación con el presente estudio, a fin de clarificarlas 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 viabilidadeconómica puede ser positiva, con el fin de ser la sustituta ideal para un gran número deESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEMINAS Y ENERGÍAfuente de energía.Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futuraSantiago Salguero Pereda 33 |P á g i n a3. ESTADO DEL ARTEESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futuraMINAS Y ENERGÍA3.1. Análisis teóricofuente de energía.Santiago Salguero Pereda 34 |P á g i n aplasmático de la materia y tiene la capacidad de liberar una cantidad elevada de energíaLa fusión nuclear es el proceso por el cual dos núcleos ligeros se unen, formandoun núcleo más pesado. Esta reacción, por norma general, es llevada a cabo en un estadoconvertido en energía, pues así las correlaciona.debido a que parte de la materia de la reacción se transforma en energía en base a laecuación de Albert Einstein:𝑬 = 𝒎𝒄𝟐 (1)Según esa ecuación, la masa que se ha perdido en la reacción de fusión nuclear se haEl límite para la liberación de energía gracias a la fusión nuclear la establece el hierroFigura 23 - Balance de masas entre reactivos y productos de la reacción de fusión nuclear, ese defecto másico entreambos es el que se convierte en energía. FUENTE: http://fusionpower.org/InformationFusion.htmlnuclear 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 delhierro liberadores de energía y siendo todos los núcleos atómicos, desde el hierro enadelante, núcleos los cuales necesitan absorber energía para que se produzca la fusiónnuclear.Pero, aunque es posible la fusión nuclear de muchos elementos, la más usual es la fusión22 El MeV es una unidad de energía, que equivale a 106 eV (electronvoltio) siendo este último a la energíanorma 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, 𝑯𝑯𝟐 + 𝑯𝟑 → 𝑯𝒆𝟒 (𝟑. 𝟓𝟔 𝑴𝒆𝑽22) + 𝒏 (𝟏𝟒. 𝟎𝟑 𝑴𝒆𝑽), (2)siendo 𝑯𝟑 un núcleo de tritio, 𝑯𝒆𝟒 un núcleo de Helio-4 y 𝒏𝟑 un núcleo de Helio-3.un neutrón.potencial que experimenta un electrón al moverse desde un potencial VA hasta un potencial VB siendo ladiferencia de potencial VA – VB = 1V. Equivale a 1,60217656*10-19 Julios.Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futuraESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEMINAS Y ENERGÍA fuente de energía.Santiago Salguero Pereda 35 |P á g i n a𝑯𝟐 → 𝑯𝒆𝟐 + 𝑯𝟑 (𝟎. 𝟖𝟐 𝑴𝒆𝑽) + 𝒏 (𝟐. 𝟒𝟓 𝑴𝒆𝑽), (3)siendo ahora 𝑯𝒆 𝑯 𝟐 + 𝑯 𝟐 → 𝑯A su vez, se puede ver que la reacción que más energía puede aportar es aquella en la que𝟑 (𝟏. 𝟎𝟏 𝑴𝒆𝑽) + 𝒑 (𝟑. 𝟎𝟐 𝑴𝒆𝑽), (4)donde 𝒑 es un protón.𝑯𝟐 + 𝑯𝒆𝟒 (𝟑. 𝟕𝟏 𝑴𝒆𝑽) + 𝒑 (𝟏𝟒. 𝟔𝟒 𝑴𝒆𝑽). (5)𝟑 → 𝑯𝒆Siendo a su vez el ciclo del tritio el siguiente:𝑳𝒊𝟔 + 𝒏 → 𝑯𝒆𝟒 + 𝑯𝟑 + (𝟒. 𝟖 𝑴𝒆𝑽), (6)Figura 24 - Sección eficaz de fusión en función de la energía de isótopos del hidrógeno. FUENTE:donde 𝑳𝒊𝟔 es un núcleo de Litio-6.ttp://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/106/htm/sec_5.htmlos núcleos que se fusionan son un núcleo de deuterio y otro de tritio. Para hacerse unaESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEidea de cuál es la magnitud de energía liberada por esta reacción, se calcula que senecesitarían alrededor de unos 25 gramos de deuterio y tritio para cubrir la demandaenergética de una persona para toda su vida, por lo tanto, la energía liberada por tan solo600 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 fusiónfuente de energía.nuclear se ha de sobrepasar la barrera energética producida por las fuerzas de repulsiónMINAS Y ENERGÍA Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futuradel núcleo hasta el hierro, siendo éste núcleo el más estable, para después disminuirSantiago Salguero Pereda 36 |P á g i n aelectrostática 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 cortocuando un nucleón (ya sea un protón o un neutrón) se añade a otro núcleo, la fuerzaalcance, atrae sólo a los inmediatamente próximos.vuelve negativa y los núcleos más pesados, correspondientes a más de 208 nucleones, seGeneralmente, la energía de enlace por nucleón aumenta conforme aumenta el tamañonuevamente con el tamaño del núcleo. Finalmente, la energía de enlace por nucleón sevuelven 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 eltritio para generar helio, es que la energía promedio de enlace del helio es mayor que ladel litio (el siguiente elemento de la tabla periódica. La explicación de ello la proporcionauna parte del principio de exclusión de Pauli23, donde se establece que, debido a que losestado cuántico, concluyendo esto que, al estar sus dos protones y sus dos neutrones enprotones y los neutrones son fermiones24, no pueden existir dos de ellos en el mismoestado fundamental, la energía de enlace por nucleón es tremendamente grande y porEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futuratanto es un núcleo muy estable.moderna/fisica-nuclear23 El principio de exclusión de Pauli, enunciado por Wolfgang Ernst Pauli, es un principio de la mecánicacuántica el cual dice que no puede haber dos fermiones con el mismo estado cuántico, es decir, dos24 Un fermión es uno de los dos tipos de partículas básicas que existen en la naturaleza, siendo el otro tipofermiones 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 interactuandoel bosón. Son caracterizados por tener un espín semi-entero. Según el modelo estándar, hay dos tipos deentre 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 tiendaESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEMINAS Y ENERGÍA fuente de energía.Santiago Salguero Pereda 37 |P á g i n a· 3.1.1. La fusión nuclear en la naturalezase 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 condicionesnuclear 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 fusiónla fusión nuclear a gran escala. Una estrella es una bola incandescente de plasma la cualSe ha de describir pues qué es una estrella, dado que es el lugar natural donde se realizaobtiene su forma debido a la gravedad y a un equilibrio de sus fuerzas hidrostáticas, eslos iones desde una perspectiva clásica. Pero la realidad dice lo contrario. Esto es debidoa 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 seFigura 26 - Estrella Sol, centro del sistema solar. FUENTE: NASAestán produciendo en ella. A su vez, la medida estándar para medir la masa de las estrellases la masa solar, siendo ésta la masa que posee el Sol. La masa del Sol es de, muypueden estar comprendidas entre 0.08 y 200 Msol, siendo los objetos estelares deaproximadamente, 2 × 1030 kg. Se puede decir entonces que las masas de las estrellasAun 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 dosresulta que la temperatura alcanzada en una estrella sería insuficiente para que se fusionenPara clarificar todo ello, se ha de explicar en qué consiste el efecto túnel:partículas que presenten energías insuficientes para la fusión nuclear desde unaperspectiva clásica, tengan una probabilidad no nula de traspasar la barrera de potencialque 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 seinsuficientemente 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, siendoESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE MINAS Y ENERGÍA𝟑 + 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 unapartícula viola los principios de la mecánica clásica y penetra una barrera potencialmayor 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, tenemosLo usual en una estrella es que se inicie su combustión nuclear al entorno del 75% dehidrógeno y 25% de helio, admitiendo también muy pequeñas cantidades de otros𝟏 es un protón, 𝑯que 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 unantineutrino electrónico.𝟐 𝑯 𝟏 + 𝟐 𝑯𝟑 es un núcleo de Helio-3 y 𝜸 es radiación gamma.𝟐 → 𝟐 𝑯𝒆 donde 𝑯𝒆𝟐 𝑯𝒆𝟑 → 𝑯𝒆𝟒 + 𝟐 𝑯𝟒 es un núcleo de Helio-4.𝟏 (𝟏𝟐, 𝟗 𝑴𝒆𝑽), (9)donde 𝑯𝒆𝟏 → 𝑯𝒆Simplificando a su vez estas reacciones, queda:𝟒 𝑯Esto es válido para estrellas que posean un núcleo cuya temperatura sea del orden de 107𝟒 + 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 yESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DESantiago Salguero Pereda 39 |MINAS Y ENERGÍAEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía. P á g i n a 𝑯𝒆 𝟒 + 𝑯𝒆𝟏𝟐 es un núcleo de Carbono-12.𝟒 + 𝟗𝟐 𝒌𝒆𝑽 → 𝑩𝒆𝟖 , (11) donde 𝑩𝒆𝟖 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 aúndonde 𝑪 𝑪𝟏𝟐 → 𝑪𝟏𝟐 + 𝜸 + 𝟕, 𝟐 𝑴𝒆𝑽, (13)donde 𝜸 es radiación gamma.𝟏𝟐 + 𝜸 + 𝟕, 𝟐 𝑴𝒆𝑽. (14)𝟑 𝑯𝒆 𝟒 → 𝑪Además, se puede decir que la composición global de una estrella varía en función de lageneración a la que pertenezca. Al inicio de una vida de una estrella de tamañohelio y el 2% restante lo forman elementos muchos más pesados aportados por estrellasequiparable a la del Sol, la composición sería del entorno al 75% de hidrógeno, 23% demuertas antes del nacimiento del Sol.combustible nuclear ligero (hidrógeno e isótopos y helio) debido al continuoQueda, por último, hablar de la extinción de las estrellas. Esto se debe al agotamiento delabastecimiento 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 llegaral hierro, donde pasa a convertirse en endotérmica. Esto, para las estrellas, quiere decirEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futuraDebido a que la fusión es una reacción en cadena, los núcleos de los elementos originadosenergía. Esto es así hasta que el hierro entra en escena, absorbiendo lo que las otrasreacciones están generando, haciendo que la estrella irradie menos energía y provocandoque se eleve la cantidad de núcleos de elementos pesados en la estrella debido a lacontinuidad 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 completamentediferentes, 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, realizanexpulsan las capas exteriores. Una vez ocurrido esto, el restante que queda es elnúcleo degenerado de la estrella, rico en carbono y oxígeno, llamado tambiénpresentes en las condiciones óptimas sea grande, lográndose esto encerrando un gasenana blanca.toda su evolución hasta el llamado pico del hierro, donde agotan toda la energíapotencial nuclear de la que disponen, transcurriendo las últimas etapas más rápidoESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE MINAS Y ENERGÍA fuente de energía.Santiago Salguero Pereda 40 |P á g i n adebido 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 nometalicidad26, 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 unpodrán escapar de la gravedad de la estrella de neutrones y se producirá unsegundo colapso en un agujero negro.desintegrándose así la estrella por completo.remanente inicial de agujero negro por lo que no se producirá unasupernova. Si la masa solar oscila entre 140 y 260 Msol y teniendo muy bajametalicidad, 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 plasmaPara llevar a cabo la fusión nuclear de manera eficiente es necesario que esté en26 La metalicidad es un concepto de astrofísica utilizado para la descripción de los elementos más pesadoscompuesto por los átomos de combustible en una cierta región y manteniéndolo confinadobajo determinadas condiciones.Además, los requisitos para que la fusión se produzca son conocidos como “Criterio deLawson”, enunciado por John Lawson en 1957, el cual dice que para que una reacción desistema sea rentable desde el punto de vista energético27, es necesario que se cumpla unafusión de elementos ligeros (Deuterio y Tritio) sea llevada a cabo de manera que elrelación entre el tiempo de confinamiento y la densidad del plasmapara 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 mediopara densidades bajas y tiempos cortos, las pérdidas y ganancias de energía songas, 𝑻, y de la eficiencia entre la conversión a energía útil de la energía de fusión, 𝜺, asíprácticamente iguales.A su vez, esto expresa que el producto del tiempo de confinamiento de la energía, 𝝉𝑬, yla densidad 𝒏 ha de ser mayor de una cierta cantidad que depende de la temperatura delTabla 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 la27 Para que un sistema sea rentable desde el punto de vista energético, la energía producida por eltabla periódica. También se le llama electronegatividad.sistema ha de ser mayor que la energía consumida por el mismo.ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DESantiago Salguero Pereda 41 |MINAS Y ENERGÍAEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía. P á g i n a𝒔𝒏𝝉𝑬 > 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 10-9Siendo los valores típicos para las magnitudes características en cada método deconfinamiento los siguientes: Magnitud Gravitatorio (Sol) Magnético Inercialradio 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 1030A 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 formanatural. Se basa en el confinamiento de las partículas mediante el propio campogravitatorio generado por ellas mismas. Generalmente, su origen está en que, alel caso en el que la masa sea la necesaria para que las reacciones de fusióncolapsar gravitatoriamente las nubes de plasma que hay en el universo, dándoseprovoquen la ignición, se crea una estrella. El funcionamiento de una estrellaESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEqueda correctamente definido en el apartado 3.1.1.Figura 29 - Estrella, ejemplo de reactor de fusión nuclear por confinamiento gravitatorio. FUENTE: NASAMINAS Y ENERGÍAP á g i n aEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía.Santiago Salguero Pereda 42 |combustible nuclear, que es una esfera hueca de aproximadamente 1 o 2 mm deo 3.1.2.2. Confinamiento inercialEl confinamiento inercial trata de lograr la ignición termonuclear duranteunas breves décimas de nanosegundo. Para ello se necesitan dos elementos:cinética de las partículas del interior se transforma en energía interna a granEl confinamiento inercial trata de lograr la ignición termonuclear durante unasbreves décimas de nanosegundo. Para ello se necesitan dos elementos:combustible nuclear, que es una esfera hueca de aproximadamente 1 o 2 mm deradio y que contiene unos 3 miligramos de deuterio-tritio (DT), y un haz láser. Lade 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 espesorignicion-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 losla energía de la capa externa, creándose alrededor de la capa externa unasiguientes:- Se introduce la cápsula en el interior de la cavidad donde se llevará a cabola reacción y se dispara sobre ella pares de haces coincidentes aumentandocombustible DT. La región interna se comprime a medida que la capaenvoltura de plasma caliente. Los haces también pueden ser de iones.- La energía se transfiere al interior, ocasionando una implosión delexterna libera energía de la fusión, debido a la energía que ha transferidoel láser.Figura 32 - Reactor de fusión nuclear mediante confinamiento inercial. FUENTE:- Debido a la compresión a la que se ve sometida el interior, la energíavelocidad, causando un repentino aumento de la temperatura en la regiónFigura 31 - Pasos a seguir en la fusión nuclear mediante confinamiento inercia. FUENTE:central.http://www.astrofisicayfisica.com/2014/02/la-fusion-nuclear-por-confinamiento.htmlESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEMINAS Y ENERGÍASantiago Salguero Pereda 43 |Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía. P á g i n ajustamente el situado en la región más central, siendo las partículas α creadas enLa reacción ocurre solamente en una parte del DT existente en la cápsula, que esla reacción, con poco alcance, las que favorecen la propia reacción en el núcleoconfinamiento, el combustible también aumenta su densidad. También lade la cápsula. A su vez, aquellas que logran escapar hasta la capa externa,aumentando su energía, también favorecen a la reacción. Durante el tiempo deradiación y neutrones emitidos por la reacción son depositados en las paredes deenergía enormemente. Este mecanismo es conocido como ignición rápida.la cámara donde es llevado a cabo el proceso, siendo su energía absorbida ytransferida a un líquido refrigerante, siendo éste el final del ciclo.Matemáticamente se pueden definir varios parámetros del confinamientohttps://portalhispano.wordpress.com/tag/fusion-nuclear/inercial:de quemado termonuclear 𝑻𝑸 , siendo ambos: El tiempo de confinamiento 𝑻𝑪 ha de ser comparable con el tiempo𝑻𝑪 =siendo 𝑹 el radio exterior del combustible, 𝒎 la masa equimolar (en el𝑹√𝟐𝑲𝑻𝒎, (17)〈𝝈𝒗〉𝒏𝑻𝑸 = 𝟏𝑻 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 aSantiago Salguero Pereda 44 |ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEMINAS Y ENERGÍAEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía. P á g i n apara perforar la envoltura del plasma y después uno de 1020 W/cm2 para penetrar1018 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/cm2iluminación directa.en el interior y causar que los electrones cercanos al combustible aumenten suSin embargo, hay dos formas de atacar la cápsula con el láser:- Mediante iluminación directa, haciendo que el láser incida directamenteen la capa exterior, evaporando así su material superficial y creando unaconducción térmica, mientras que a su vez la superficie que interaccionaenvoltura de plasma. Después, la energía se transmite al interior mediantecon el láser avanza hacia el interior comprimiéndolo y creando ondas dede ser inferior al 1%, obligando a usar un enfoque muy preciso y varioschoque en el combustible, hasta acelerarlo a unos 400000 m/s. Sinembargo, la desviación del láser con respecto a la normal de la cápsula hahaces, 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 elinconveniente que posee la directa. El método se basa en que la cápsula seson 2 cm de largo y 7 mm de diámetro, para más tarde introducir por losveces, que crea un campo isótropo de radiación. Gracias a esto se evita laextremos un pulso láser que colisiona con las paredes interiores delcilindro. Éstas absorben el pulso y lo reemiten en forma de rayos Xblandos. Así comienza su ciclo de absorciones y reemisiones, de hasta 10perfecta simetría que han de tener los haces coincidentes usados enplasma totalmente confinado debido al decrecimiento de la intensidad de campoo 3.1.2.3. Confinamiento magnéticoEl confinamiento magnético tiene como objetivo el confinamiento yguiado de un gas plasmático ionizado en el interior de un reactor mediante lacreación de campos magnéticos, siendo esto debido a las elevadas temperaturasotro material. Se basa en que las partículas cargadas sienten la fuerza de Lorentzen las que se encuentra el plasma hacen que no pueda estar en contacto con ningúndebida al campo magnético: ?⃗? = 𝒒(?⃗? × ?⃗⃗? ) (20)circulares y a formar hélices sobre las líneas de campo. A su vez, éstas se puedenEl fundamento se basa en que las partículas cargadas del plasma, los iones y loselectrones, se ven forzadas, gracias a los campos magnéticos, a tener órbitasSantiago Salguero Pereda 45 |mover libremente en la dirección longitudinal de las líneas de campo.ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE MINAS Y ENERGÍAfuente de energía.Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura P á g i n aAdemás, los campos magnéticos apropiados para este tipo de confinamiento sonFigura 33 - Iones moviéndose alrededor de las líneas de campo magnético helicoidalmente e iones moviéndose sinlíneas de campo magnético. FUENTE: http://www.scienceinschool.org/node/2837Para la realización del cálculo del combustible necesario para la operatividad del reactoraquellos circulares que se cierran sobre sí mismos. Pero esto no mantiene elanular puro, haciendo que las partículas sean expulsadas hacia las paredes delreactor. Entonces, para evitarlo, se han de retorcer las líneas de campo paramagnético esté activo. Una vez realizado, las líneas de campo crean superficiesconseguir que el plasma quede permanentemente confinado mientras el campomagnéticas, anidadas entre sí, análogamente a una cebolla y sus capas. Unprerrequisito obligado es la ausencia de una componente radial en el campomagnético, puesto que llevaría las partículas hacia el exterior del reactor.A su vez, hay dos tipos fundamentales de reactores de fusión nuclear medianteFigura 34 - Ejemplo de confinamiento mediante campos magnéticos. FUENTE: http://hydrogen.physik.uni-wuppertal.de/hyperphysics/hyperphysics/hbase/magnetic/toroid.htmltermonuclear mediante iones confinados en campos magnéticos. Mediante este procesoconfinamiento magnético, los cuales serán descritos en el siguiente apartado.· 3.1.3. Principales reactores de fusión nuclear por confinamientomagnéticoEn la actualidad, los reactores de fusión termonuclear son proyectos en faseexperimental que en un futuro se utilizarán para la generación de energía de fusiónSantiago Salguero Peredade generación de energía se corresponden, entre otros, los dos tipos de reactores másESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE MINAS Y ENERGÍAfuente de energía.Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura
46 |P á g i n aimportantes: el modelo tipo Stellarator, como el español TJ-II de “Tokamak de la Juntade Energía Nuclear”, y el modelo tipo Tokamak, como el JET que proviene de “Joint“International Thermonuclear Experimental Reactor” o Reactor TermonuclearEuropean Torus” o Toro Común Europeo o el futuro ITER que proviene deA continuación, se procede a la explicación del funcionamiento de ambos tipos deExperimental Internacional en español, pero curiosamente también significa “camino” enlatín reactores: Reactor tipo Tokamak:rosquilla hueca). La Figura 35 muestra las características fundamentales de un reactorEl reactor tipo Tokamak28 es un reactor que tiene forma toroidal (se asemeja a unatokamak. El tokamak tiene dos campos magnéticos principales. El primero es el campodisposición constructiva altamente compleja, se tienden a realizar una serie de bobinas detoroidal, que es producido por una bobina de un material superconductor, que minimizalas pérdidas energéticas debido al efecto Joule, en forma de toro. Al ser esto unaque el plasma se encuentre bien confinado y no pueda escapar. Por poner un orden decampo en las que la suma de los campos generados en todas ellas genera un campotoroidal. La segunda componente es la componente poloidal, siendo ésta generada por lacorriente que atraviesa el plasma. Al combinarse ambos campos se da lugar a unmagnitud, el campo toroidal es del orden de 10 veces superior al campo poloidal.enroscamiento de las líneas de campo sobre las superficies magnéticas, originando ello28 Llamado así al ser un acrónimo ruso de “TOroidal'naya KAmera s MAgnitnymi Katushkami” o enFigura 35 - Esquema de un tokamak en el que se muestra la inducción de corriente al plasma gracias a un trafoprimario devanado. FUENTE: http://lukyrh.blogspot.com.es/2016/01/seaaan-rojos-y-teoricos-intelectuales.htmlESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEespañol cámara toroidal con bobinas magnéticas. MINAS Y ENERGÍAEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía.Santiago Salguero Pereda
47 |P á g i n aEl primer tokamak consistió en una cámara de vacío con forma toroidal en cuyo interiorEl 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 porhabía hidrógeno y un dispositivo que mediante fuertes descargas provocaba la ionizaciónconfinarlo.en el borde de los tokamaks y que provocan la pérdida repentina de partículas y energíaOtras dos fechas destacadas fueron: mayo de 2000, donde físicos estadounidensessuperaron el fenómeno de los ELMs (Edge Localized Modes) que son modos localizadostokamak: el ya funcional JET y el aún por construirse ITER. Además, se hablará de loen el reactor, y en mayo de 2006 donde se firmó en Bruselas el acuerdo del proyectoITER.Más adelante se procederá al desarrollo de los dos reactores más importantes del tipoque 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, cuyocampo poloidal es generado por la inducción de corrientes externas al plasma medianteresurgieron debido a los problemas que éstos presentaban allá por la década de 1990.stellarator español. El primer stellarator fue inventado en 1950 por el científicoestadounidense Lyman Spitzer y construido solamente un año después en Princeton, enel Laboratorio de Física de Plasma. Perdieron relevancia debido a los tokamaks, pero29 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 DEy la generación del confinamiento de un reactor tipo tokamak y uno tipo stellarator.MINAS Y ENERGÍAEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía.Santiago Salguero Pereda 48 |P á g i n aEn la Figura 37 se pueden observar las principales diferencias entre las cámaras de fusiónnuclear en reactores tipo tokamak, se desecha el desarrollo de los reactoresFigura 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-beexperimentales tipo stellarator.30Debido a que el estudio se va a centrar en la generación de energía mediante la fusiónEl planteamiento recae ahora sobre conocer el panorama actual en cuanto a estos tipos de· 3.1.4. Reactores Tokamak experimentales: presente y futuroComo ya se ha definido con anterioridad, actualmente los reactores tokamak sonla apuesta principal a la hora de llegar a hacer una central de fusión termonuclear medianteconfinamiento magnético totalmente operativa. Esto es debido a las bondades citadas conCulham. Su construcción fue finalizada en 1983.anterioridad.reactores y cuáles son sus perspectivas de futuro. Para ello se procederá a hablar sobrelos 3 reactores más importantes que se pueden mencionar: el JET31, el ITER32 y elactualidad. Se sitúa a las afueras de Oxford, en una vieja base de la RAF34 cerca deDEMO33. JET:El JET se trata del reactor tokamak operativo más grande del mundo en la32 El ITER es el gran proyecto por el cual se trata de demostrar la viabilidad de esta energía. Estado30 Esto es debido a que, en la actualidad, en el desarrollo de los reactores de fusión nuclear medianteconfinamiento magnético se ha priorizado por la construcción de reactores tipo tokamak, estando los tipo31 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, siendo33 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 DEMINAS Y ENERGÍAEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futuraSantiago Salguero Pereda 49 |fuente de energía.P á g i n aEstá equipado con sistemas de manejo remotos para hacer frente a la radioactividadEl ITER es un reactor de fusión termonuclear en desarrollo por diversas potenciasel mejor registro hasta 2004, consiguiéndose una razón entre energía entrante y energíasaliente del reactor de aproximadamente 0.7, queriendo decir que para conseguir 16 MWde 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, siendopuesto que se necesita de una ratio superior a 1.reabierto en 2005, permitiendo amplios estudios para desarrollar el ITER.fabrica-energia-fusion-201307062226.htmlFigura 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 plasmaSu construcción está emplazada en Cadarache, Francia.El ITER tiene como objeto probar todos y cada uno de los elementos para construir unreactor de fusión nuclear a escala comercial. Para ello se tratará de llegar a la ignición delcombustible. Además, se pretende que la razón entre entre la energía suministrada por laQue el combustible llegue a estado de ignición quiere decir que la reacción pueda serreacción 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 introducirSantiago Salguero Pereda 50 |Para ello es importante definir el llamado factor 𝑄 del plasma, es decir, la razón entre laenergía consumida y la suministrada por la reacción:𝑸𝑫𝑻 =𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆 𝒄𝒂𝒍𝒆𝒏𝒕𝒂𝒎𝒊𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒂𝒖𝒙𝒊𝒍𝒊𝒂𝒓𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒔𝒖𝒎𝒊𝒏𝒊𝒔𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂 𝒑𝒐𝒓 𝒍𝒂 𝒓𝒆𝒂𝒄𝒄𝒊ó𝒏, (21)35 Las potencias mundiales asociadas al ITER son la Unión Europea, Japón, Estados Unidos de América,MINAS Y ENERGÍACorea del Sur, la India, Rusia y China, haciendo un total de 25 naciones colaboradoras.ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEhttp://physicsworld.com/cws/Articles/ViewArticle.do?channel=news&articleId=24295Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía. P á g i n asiendo la 𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒔𝒖𝒎𝒊𝒏𝒊𝒔𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂 𝒑𝒐𝒓 𝒍𝒂 𝒓𝒆𝒂𝒄𝒄𝒊ó𝒏 aquella potencia que esgenerada mediante la fusión del plasma y la𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆 𝒄𝒂𝒍𝒆𝒏𝒕𝒂𝒎𝒊𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒂𝒖𝒙𝒊𝒍𝒊𝒂𝒓aquella necesaria para llevar al plasma a lascondiciones de fusión.Es importante que este factor 𝑄sea mayor que 1, puesto que eso hace que la potencia quesobrante pueda ser usada mediante sistemas auxiliares para generación de energía.suministra la reacción sea mayor que la de calentamiento, haciendo que esa potenciaEn 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 científicosFigura 39 - Ratio de potencias de los diferentes reactores, incluido el ITER. FUENTE:Es importante también saber que cuando se habla de temperaturas del plasma sueleusarse una conversión, la cual viene dada por la siguiente expresión:𝑻 =𝟏 𝒆𝑽𝟏. 𝟑𝟖 × 𝟏𝟎−𝟐𝟑𝑱/°𝑲= 𝟏. 𝟔 × 𝟏𝟎−𝟏𝟗 𝑱= 𝟏𝟏𝟔𝟎𝟎°𝑲 → 𝟏𝒆𝑽 = 𝟏𝟏𝟔𝟎𝟎°𝑲 (22)𝟏. 𝟑𝟖 × 𝟏𝟎−𝟐𝟑𝑱/°𝑲El ITER, a su vez, quiere demostrar las siguientes cosas:lo que haría que el factor 𝑄 fuera de 10. Esa energía no sería capturada para1. 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 de2. Demostrar las operaciones integradas de diferentes tecnologías con el fin de crearfusión en producir una ganancia de energía neta, prepararía el camino para unamáquina que sí pudiera.en el futuro una planta de generación mediante fusión nuclear, debido a que seríacentrales, proporcionando así el ITER una oportunidad para probar una maquetapuedan desarrollar sistemas para la extracción de energía, control del calor ydemás sistemas propios de una central.ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futuraMINAS Y ENERGÍAfuente de energía.Santiago Salguero Pereda 51 |P á g i n a3. Conseguir un plasma DT en el que la reacción sea autosostenida en el tiempo, esto4. Un test de producción del tritio, siendo una de las misiones para etapas posterioresquiere decir que el plasma se retroalimente, como se ha explicado conanterioridad.del funcionamiento del ITER. Su función sería la de demostrar la viabilidad dede 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 ofertamundial de tritio no es suficiente para alimentar las necesidades de las futuras5. Demostrar las características de seguridad de un dispositivo de fusión. ITER logróun hito importante en la historia de la fusión cuando, en 2012, la Organizaciónriguroso e imparcial de sus archivos de seguridad. Uno de los objetivos principalesITER se licencia como un operador nuclear en Francia sobre la base del examendel funcionamiento del ITER es demostrar el control del plasma y las reaccionesDebido a todo esto, se desarrolló un calendario el cual estipulaba que para 2020 estaría elde fusión con consecuencias insignificantes para el medio ambiente.reactor ya ensamblado y para 2027 se introduciría el primer plasma DT, pero debido alos 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 enTabla 2 - Comparativa entre el JET y el ITER. FUENTE: http://www-fusion-magnetique.cea.fr/gb/iter/iter02.htmFigura 40 - Ensamblaje de la cámara del reactor. FUENTE: https://www.iter.org/construction/constructionESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEMINAS Y ENERGÍASantiago Salguero Pereda 52 |Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía. P á g i n ahttp://www.agenciasinc.es/Reportajes/El-ITER-avanza-lento-pero-seguroFigura 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 deRadio menor (m) 1.25-2.10 2combustión del JET, así como de otros parámetros, para así poder ver la evolución conrespecto de su antecesor. JET ITER Radio mayor (m) 2.96 6.2Corriente del plasma (MA) 4.8 15Volumen del plasma (m3) 100 837 Campo toroidal (T) 3.45 5.3Como aún no se ha desarrollado el ITER, aún no se sabe muy bien cuando sería suDuración del pulso (S) 20 >300Potencia de calentamiento (MW) 35 73 DEMO:El DEMO sería, en un futuro, el primer reactor de fusión nuclear totalmente operativo ycon vocación experimental. Sería la primera de una serie de plantas para la generación deelectricidad mediante esta vía. Es el paso siguiente al ITER, cuando éste último hayapara que una central de este tipo pueda ser 100% funcional.demostrado su completa viabilidad y se hayan estudiado todos los sistemas pertinentesLa comunidad internacional, aún en desacuerdo, prevé que DEMO sea diseñado paraLas dimensiones de DEMO se presuponen un 15% más grandes que las del ITER y laproducir entre 2 y 4 GW de potencia térmica, estando en la escala de una central eléctricaconvencional. densidad del plasma un 30% mayor también.ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE MINAS Y ENERGÍAEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía.Santiago Salguero Pereda 53 |P á g i n aconstrucción, pero, aun habiendo retrasos en el ITER, una buena línea cronológica desucesos 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: CERNhttp://www.conicit.go.cr/boletin/boletin75/plasmas_fusion_nuclear2.htmlFigura 43 - Posible esquema de funcionamiento de DEMO. FUENTE:Por otra parte, DEMO no sería la central final, dado que aún estamos hablando de unLa reacción que se espera que se lleve a cabo dentro de DEMO sería:reactor experimental. La primera central comercial plenamente operativa, de la cual aúnno hay nada proyectado, se llamaría PROTO36. 𝑯 𝟐 + 𝑯 𝟑 → 𝑯𝒆36 PROTO viene del acrónimo “PROTOtype Power Plant” o “Planta de Generación Prototipo”.𝟒 (+𝟑. 𝟓𝑴𝒆𝑽) + 𝒏 (+𝟏𝟒. 𝟏𝑴𝒆𝑽), (23) donde 𝑯𝟐 es el núcleo del Deuterio, 𝑯𝟑 es el núcleo del Tritio, 𝑯𝒆Helio-4 y 𝒏 es un Neutrón.𝟒 es el núcleo delMINAS Y ENERGÍAde palabras las cuales delimitarán aquello que se quiere buscar, siendo utilizado en esteEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía.Santiago Salguero Pereda 54 |P á g i n a3.2. Análisis científicoEn este apartado, una vez ha sido estudiada la fusión nuclear en sus vertientes, asíbibliografía específica y resúmenes con el fin de saber cuál es la actualidad entorno a lacomo 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 queEl análisis será realizado gracias a una base de datos, siendo utilizada en este caso Scopusdebido a que es aquella que mejores resultados arroja en cuanto a calidad se refiere. ElDebido 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 camposcaso el campo de palabras clave, ya sean solas o en grupos, con el fin de acotar aquellaspublicaciones de relevancia para el estudio. También se puede acotar el rango temporalen un rango determinado de tiempo. Además, podemos delimitar el tipo de documento alque se quiere abarcar, con el fin de poder ver la evolución en la publicación de artículos1. 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, lasbioquímica 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 puedematemáticas, la química o la física entre otras.4. Ciencias Sociales y Humanidades: son aquellas entre las que se encuentranlas 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, asícomo de la ingeniería que ello requiere, y en el otro caso puede hablarse de laPara 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 objetivoAl realizar la segunda búsqueda han sido arrojados 1006 resultados comprendidos entrede dirimir cuantos artículos hay que hablen de plantas de generación de energía mediantefusión nuclear.Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futuraPara la tercera búsqueda, los resultados han sido de 53 resultados usando las palabrasclave “nuclear fusion” y “future”, comprendidos entre 1981 y 2015.“nuclear fusion” + “power plant” + “viability” 2ESCUELA 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/oeconómica, de la energía de fusión nuclear.Los resultados arrojados en la tercera y cuarta búsqueda, al ser un número reducido, hansido revisados individualmente para así ver la importancia que podrían tener de cara alpresente estudio.arroja, uno del año 2004 y otro del año 2014, al usar como palabras clave “nuclearPero es, sin embargo, al realizar una quinta búsqueda en la que los 2 resultados que nosfusion”, “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 presenteestudio. El otro artículo a analizar será mediante la segunda búsqueda, al ser uno de losA continuación, serán expuestos los datos totales de las búsquedas realizadas para unaTabla 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” 1006no así con “nuclear fusion” y “viability”, dado que ésta última presenta el pico en 2012.“nuclear fusion” + “viability” 23Además, se incluirá la Gráfica 1 en la que se puede ver la evolución temporal de lasdiferentes búsquedas, para poder analizarlo con posterioridad.Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futuraESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEMINAS Y ENERGÍA fuente de energía.Santiago Salguero Pereda 56 |P á g i n aGráfica 1 - Cantidad de artículos por año usando los diferentes criterios de búsqueda.En la Gráfica 1 podemos observar las evoluciones temporales usando los diferentesgrandes anomalías que presenta, siendo la primera en el año 1989 debido al desarrollo decriterios de búsqueda.Resulta interesante en la primera búsqueda usando “nuclear fusion” el análisis de las dosreactores tipo stellarator debido a los problemas que por aquel entonces tenían losque el pico le tiene como la anterior en 2008, siendo una anomalía debida al ITER y sutokamak, 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 aevolución en DEMO.generar un 40% del consumo, siendo necesario en una estrategia a medio plazo el uso deOcurre 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 criteriosde búsqueda anteriormente citados.El primer artículo analizado, obtenido mediante los criterios de la segundabúsqueda, será “Short- and long-range energy strategies for Japan and the world afterthe Fukushima nuclear accident” cuyo ISSN es 17480221. En dicho artículo, realizadoFukushima Dai-chi en 2011, analizando además que fue acrecentado debido a la toma deen 2016, se habla de la repercusión que tuvo el accidente de la central nuclear decombustibles fósiles tenga que ser reducido en un 80% para 2050, o al menos esa es laconciencia de la sociedad en cuanto al calentamiento global. Ello hace que el consumo de0meta. Para ello se habla de la instalación de fuentes de energía alternativa, con elinconveniente según los autores de que la energía eólica y fotovoltaica sólo podrían"nuclear fusion" + "future"200400800600120010001960 1970 1980 1990 2000 2010 2020N 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 DEMINAS 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 aen energía eléctrica; y DEMO B, que pretende ser aún más optimista. Al ser un programase espera que el uso de fuentes de energía como la fusión termonuclear unidas a lossistemas de almacenamiento solucionen los problemas energéticos de la humanidad. Laspalabras clave usadas por los autores en este artículo son: “Analysis and statisticalmethods”, “Data processing methods” y “Simulation methods and programs”.“PROCESS: A systems code for fusion power plants - Part 1: Physics” cuyo ISSN esEl segundo artículo, obtenido mediante los criterios de la quinta búsqueda, seráanaliza y evalúa la física, ingeniería y economía de las hipotéticas centrales de fusión09203796. En este artículo se habla de PROCESS, un programa cuyo código informáticomaximizados o minimizados en función de un coeficiente dado según unas entradas ynuclear. Dicho programa utiliza un modo de optimización en el que los parámetros sonmucho más que la física del reactor, involucrando desde la conversión del calor enunas restricciones específicas. El alcance de dicho programa, cuyo código es preciso, esDEMO A que ha sido destinada a ser conservadora, suponiendo que los sistemas deelectricidad, el propio edificio, etc. Se han realizado ensayos sobre el modelo del ITERarrojando 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 escenarionormal, siendo el optimista de hasta el 33% de la energía térmica del reactor convertidaque analiza más allá del plasma, la física del plasma está descrita de forma simplista enel código, necesitándose del futuro análisis del funcionamiento del ITER para mejorar yextrapolar desde la perspectiva de la física del plasma. Las palabras clave usadas por losautores son: “Deuterium”, “Economics”, “Fusion reactor”, “Thermonuclear” y“Tritium”.Estos dos artículos son interesantes debido a que el primero resalta la importancia devez el segundo nos da un aporte para el estudio y es que, siendo optimistas, se podrámirar hacia la energía de fusión nuclear debido a que es el futuro y el segundo debido aque gracias a PROCESS nos es posible hacer escenarios hipotéticos sobre DEMO. A sudiseñar 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 paradeterminados cálculos del estudio.Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futuraESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE MINAS Y ENERGÍA fuente de energía.Tomando como unidad de tiempo el segundoP á g i n a 4. METODOLOGÍAESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEMINAS Y ENERGÍAEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía. P á g i n aA continuación, se procede a la definición de la metodología a emplear en elpresente estudio. Para ello se tratarán de aplicar conocimientos descritos en la teoría delcapítulo 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 → 𝑯𝒆donde 𝑯𝟐 es el núcleo del Deuterio, 𝑯𝟒 es el núcleo del𝟑 es el núcleo del Tritio, 𝑯𝒆Helio-4 y 𝒏 es un Neutrón.- La energía que se aprovecha, siendo ésta calculada mediante estimaciones. Dichasestimaciones 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 neutronesmediante la captura de neutrones y a su vez, mediante PROCESS se calcula que dichossistemas tendrán un 33% de rendimiento en el caso más óptimo.probabilidad de fusión, se toma esta como una probabilidad calculada gracias a los datosque se necesitan para darla, pero, debido a que el Deuterio y el Tritio tienen una pequeñadel 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 delplasma, considerando una densidad de plasma como la del ITER.- Se calcula la cantidad mínima necesaria para un año a pleno funcionamiento las 24h delde 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 delplasma de DEMO, siendo ésta un 30% mayor que la del ITER y las dimensiones linealesESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEmayor. Dicho cálculo deberá llevarse a cabo multiplicando la densidad del plasma delITER por 1,3 y a su vez multiplicando el volumen del ITER por 1,153 por aumentar susdimensiones lineales en un 15% así como de un factor 1,3 para poder obtener la densidaddel plasma necesario. Impacto Ambientalnuclear, se han de tener en cuenta diversos apartados, los cuales serán ponderados del 0MINAS Y ENERGÍAEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía.Santiago Salguero Pereda 60 |P á g i n aA la hora de estimar el impacto ambiental que puede producir una central de fusión2. 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: 2Las zonas serán clasificadas en:- Zona desértica: 0- Zona medianamente poblada: 3- Zona industrial: 1- Vertidos de baja cantidad: 1- Zona altamente poblada: 4etc.) 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: 3evaluarán 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: 34. Residuos: a su vez se evaluarán los residuos generados por la planta de la siguiente- Vertidos de muy alta cantidad: 4forma:- Residuos de baja actividad, material de oficina y residuos orgánicos: 1- Ningún tipo de residuo: 0orgánicos: 2- Residuos de media y baja actividad, material de oficina y residuosorgánicos: 3ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE- Residuos de alta, media y baja actividad, material de oficina, residuosorgánicos y agentes químicos: 4 Coste económico.1. Coste de la central, el cual se realizará mediante estimaciones realizadas por laEl coste económico será calculado en función de varios parámetros:Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futuracomunidad internacional, al no contar todavía con números económicos reales delo que pudiera costar. MINAS Y ENERGÍAde la potencia y de muchos otros aspectos, no será calculado, quedando este comofuente de energía.Santiago Salguero Pereda 61 |P á g i n a2. Coste del combustible, tomando como referencia en lo calculado en el primerDebido 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 combustibleSe analizarán las reservas de combustible, tanto para la central objeto del estudio comopara 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 socialde comunicación de ámbito internacional. Se clasificará en:1. Deplorable. Elaboración de la Matriz2. 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 DEMINAS Y ENERGÍAEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía.Santiago Salguero Pereda 62 |P á g i n a5. DESCRIPCIÓN DE LOS DATOS DELESTUDIOESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE6. Vertidos a la atmósfera: vapor de agua de los sistemas de refrigeración abiertosMINAS Y ENERGÍAEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía. P á g i n aEl presente estudio tiene por objeto el análisis de la implantación de una futuriblecentral de fusión termonuclear mediante confinamiento magnético, tipo ITER, con el finde estudiar su viabilidad. Para ello se definen los siguientes parámetros, por los cualesqueda 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.org4. 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 deoficina 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 100000Dicha 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 DEanteriormente descrita, siendo a continuación detallados:MINAS Y ENERGÍAEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía.Santiago Salguero Pereda 64 |P á g i n a6. CÁLCULOS REALIZADOSESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DESantiago Salguero Pereda 65 |MINAS Y ENERGÍA Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura6.1. Resultados Obtenidosfuente de energía. P á g i n aConsideramos 50% Deuterio y 50% TritioLos cálculos realizados han sido llevados a cabo siguiendo la metodología Cálculo del combustible necesarioEl cálculo del combustible necesario, siguiendo la metodología previamente descrita, hasido llevado a cabo para 4 posibles hipótesis. Dichas hipótesis se centran en el análisis dela 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^31. Según los datos del ITER.Matm Deuterio 2,01410178 umaSegún datos ITERPotencia Reacción 94542035834 WMatm Tritio 3,0160492 uma 1 uma 1,66054E-27 kgMasa media a 0,5 mol de D y T 2,51507549 umaDensidad del Plasma 4,17638E-13 kg/cm^3Masa Plasma ITER 0,000349563 kgVolumen ITER 837 m^3Potencia Térmica ITER 500 MW𝟑 → 𝑯𝒆1 mol 6,02214E+23 partículasReacción 𝑯 𝟐 + 𝑯Calculamos los moles de Deuterio y Tritio en el plasma𝟒 (+𝟑. 𝟓𝑴𝒆𝑽) + 𝒏 (+𝟏𝟒. 𝟏𝑴𝒆𝑽)Moles de Deuterio 0,069493554 mol1 MeV 1,60218E-13 JMoles de Tritio 0,069493554 molMoles de Neutrones 0,069493554 molEnergía Neutrón 14,1 MeVCalculamos la probabilidad de reacción, dividiendoEnergía Neutrones Reacción 94542035834 Jla potencia térmica entre la potencia realESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEProbabilidad de la reacción 0,528865277 %MINAS Y ENERGÍASantiago Salguero Pereda 66 |Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía.P á g i n aRendimiento de la Reacción 0,528865277 %Calculo del combustible necesario para la centralPotencia Demandada 1 GWePotencia Térmica 3 GWthMoles de Neutrones 0,416961323 molPotencia Reacción 5,67252E+11 WTomando como unidad de tiempo el segundoEnergía de los Neutrones 5,67252E+11 JEnergía Reacción 5,67252E+11 JMoles Deuterio 0,416961323 molSe hacen parones por un total de 2 semanasMoles Tritio 0,416961323 molMasa Deuterio 0,839802543 g/sMasa Combustible 2,097378408 g/sMasa Tritio 1,257575865 g/sEn el caso más desfavorable de que siempre se tenga queConsideramos que el año tiene 52 semanasCombustible necesario 634,2493279 kgrenovar siempre el 100% del plasma cada segundoTiempo en funcionamiento 50 semanasSi cada segundo renovamos sólo un 1% del plasmaCombustible necesario 63424,72305 kgmediante inyección de pelletsMasa media a 0,5 mol de D y T 2,51507549 uma2. Siguiendo datos de DEMO para 2 GWth.Según datos DEMO a 2 GWthMatm Deuterio 2,01410178 umaDensidad del Plasma 1,3E+14 iones/cm^3Matm Tritio 3,0160492 umaEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura1 uma 1,66054E-27 kgConsideramos 50% Deuterio y 50% TritioDensidad del Plasma 5,42929E-13 kg/cm^3Volumen ITER 1654,864088 m^3Potencia Térmica ITER 2000 MWMasa Plasma ITER 0,000898475 kg1 mol 6,02214E+23 partículasfuente de energía.ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEMINAS Y ENERGÍACalculamos los moles de Deuterio y Tritio en el plasmaSantiago Salguero Pereda 67 |P á g i n aReacción𝟑 → 𝑯𝒆𝑯𝟐 + 𝑯𝟒 (+𝟑. 𝟓𝑴𝒆𝑽) + 𝒏 (+𝟏𝟒. 𝟏𝑴𝒆𝑽)Moles de Deuterio 0,178617805 molRendimiento de la Reacción 0,823047348 %Moles de Tritio 0,178617805 molMoles de Neutrones 0,178617805 molEnergía Neutrón 14,1 MeVEnergía Neutrones Reacción 2,42999E+11 J1 MeV 1,60218E-13 JTomando como unidad de tiempo el segundoCalculamos la probabilidad de reacción, dividiendoPotencia Reacción 2,42999E+11 WProbabilidad de la reacción 0,823047348 %la potencia térmica entre la potencia realPotencia Térmica 3 GWthCalculo del combustible necesario para la centralPotencia Demandada 1 GWeEn el caso más desfavorable de que siempre se tenga quePotencia Reacción 3,64499E+11 WTomando como unidad de tiempo el segundoEnergía de los Neutrones 3,64499E+11 JEnergía Reacción 3,64499E+11 JMoles de Neutrones 0,267926707 molMasa Deuterio 0,539631658 g/sMoles Deuterio 0,267926707 molMoles Tritio 0,267926707 molSe hacen parones por un total de 2 semanasMasa Tritio 0,80808013 g/sMasa Combustible 1,347711788 g/sConsideramos que el año tiene 52 semanasSantiago Salguero Pereda 68 |renovar siempre el 100% del plasma cada segundoTiempo en funcionamiento 50 semanasSi cada segundo renovamos sólo un 2% del plasmaCombustible necesario 40754,80447 kgmediante inyección de pelletsESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DECombustible necesario 815,0974371 kgMINAS Y ENERGÍA3. Siguiendo datos de DEMO para 3 GWth.Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía.P á g i n a𝟒 (+𝟑. 𝟓𝑴𝒆𝑽) + 𝒏 (+𝟏𝟒. 𝟏𝑴𝒆𝑽))Según datos DEMO a 3 GWthDensidad del Plasma 1,3E+14 iones/cm^3Matm Deuterio 2,01410178 uma1 uma 1,66054E-27 kgMatm Tritio 3,0160492 umaMasa media a 0,5 mol de D y T 2,51507549 umaConsideramos 50% Deuterio y 50% TritioVolumen ITER 1654,864088 m^3Densidad del Plasma 5,42929E-13 kg/cm^3Masa Plasma ITER 0,000898475 kg𝟐 + 𝑯Potencia Térmica ITER 3000 MW1 mol 6,02214E+23 partículasCalculo del combustible necesario para la centralReacción𝑯𝟑 → 𝑯𝒆Calculamos los moles de Deuterio y Tritio en el plasmaMoles de Deuterio 0,178617805 molMoles de Neutrones 0,178617805 molMoles de Tritio 0,178617805 molEnergía Neutrón 14,1 MeVTomando como unidad de tiempo el segundo1 MeV 1,60218E-13 JEnergía Neutrones Reacción 2,42999E+11 JCalculamos la probabilidad de reacción, dividiendoPotencia Reacción 2,42999E+11 Wla potencia térmica entre la potencia realEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futuraProbabilidad de la reacción 1,234571022 %Potencia Demandada 1 GWeRendimiento de la Reacción 1,234571022 %Potencia Térmica 3 GWthTomando como unidad de tiempo el segundoPotencia Reacción 2,42999E+11 WEnergía de los Neutrones 2,42999E+11 JEnergía Reacción 2,42999E+11 JMoles Deuterio 0,178617805 molMoles de Neutrones 0,178617805 molMoles Tritio 0,178617805 molESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEMasa Deuterio 0,359754438 g/sMasa Tritio 0,538720087 g/sSi cada segundo renovamos sólo un 3% del plasmaMINAS Y ENERGÍAfuente de energía.Santiago Salguero Pereda 69 |Se hacen parones por un total de 2 semanasP á g i n aMasa Combustible 0,898474525 g/sConsideramos que el año tiene 52 semanasCombustible necesario 27169,86965 kgEn el caso más desfavorable de que siempre se tenga querenovar siempre el 100% del plasma cada segundoMoles de Neutrones 0,178617805 molTiempo en funcionamiento 50 semanasmediante inyección de pelletsCombustible necesario 815,0969879 kg4. Siguiendo datos de DEMO para 4 GWth.Según datos DEMO a 4 GWthDensidad del Plasma 1,3E+14 iones/cm^3Matm Deuterio 2,01410178 uma1 uma 1,66054E-27 kgMatm Tritio 3,0160492 umaMasa media a 0,5 mol de D y T 2,51507549 umaConsideramos 50% Deuterio y 50% TritioVolumen ITER 1654,864088 m^3Densidad del Plasma 5,42929E-13 kg/cm^3Masa Plasma ITER 0,000898475 kg𝟐 + 𝑯Potencia Térmica ITER 4000 MW1 mol 6,02214E+23 partículasMoles de Deuterio 0,178617805 molReacción𝑯𝟑 → 𝑯𝒆𝟒 (+𝟑. 𝟓𝑴𝒆𝑽) + 𝒏 (+𝟏𝟒. 𝟏𝑴𝒆𝑽)Calculamos los moles de Deuterio y Tritio en el plasmaPotencia Térmica 3 GWthMoles de Tritio 0,178617805 molEnergía Neutrón 14,1 MeVEnergía Neutrones Reacción 2,42999E+11 J1 MeV 1,60218E-13 JTomando como unidad de tiempo el segundoCalculamos la probabilidad de reacción, dividiendoPotencia Reacción 2,42999E+11 WProbabilidad de la reacción 1,646094696 %la potencia térmica entre la potencia realEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futuraESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEMINAS Y ENERGÍAfuente de energía.Santiago Salguero Pereda 70 |P á g i n aCalculo del combustible necesario para la centralPotencia Demandada 1 GWemediante inyección de pelletsRendimiento de la Reacción 1,646094696 %Potencia Reacción 1,8225E+11 WTomando como unidad de tiempo el segundoEnergía Reacción 1,8225E+11 JMoles de Neutrones 0,133963354 molEnergía de los Neutrones 1,8225E+11 JMasa Deuterio 0,269815829 g/sMoles Deuterio 0,133963354 molMoles Tritio 0,133963354 molConsideramos que el año tiene 52 semanasMasa Tritio 0,404040065 g/sMasa Combustible 0,673855894 g/sEn el caso más desfavorable de que siempre se tenga queSe hacen parones por un total de 2 semanasrenovar siempre el 100% del plasma cada segundoSi cada segundo renovamos sólo un 4% del plasmaTiempo en funcionamiento 50 semanasCombustible necesario 20377,40224 kgLa matriz de ponderaciones de impacto, definida en la metodología, dados los datos delCombustible necesario 815,0967633 kgEn verde están resaltados los consumos de combustible globales para las diferenteshipótesis, quedando de la siguiente forma resumida:Hipótesis 2 815,097 326,370 488,728 kgCombustible Total Deuterio TritioHipótesis 1 634,249 253,957 380,292 kgA la vista de éstos resultados y debido a que tanto la geometría como el funcionamientoHipótesis 3 815,097 326,370 488,727 kgHipótesis 4 815,097 326,369 488,727 kghipótesis 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 lasESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEMINAS Y ENERGÍAEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía.Santiago Salguero Pereda 71 |P á g i n aImpacto ValoraciónImpacto Visual 3Vertidos Líquidos 0Vertidos Gaseosos 0Residuos 1confinamiento magnético aún no se sabe con certeza. Si bien, sabemos que laTOTAL 4 Coste EconómicoEl coste económico de una central de 1 GWe de fusión termonuclear medianteconstrucción del ITER ronda los 13.000 millones de €. Dado que es un reactoraleación de Litio dentro del propio reactor, las fertilizarían el reactor con Tritio mediantetecnologías aún no están completamente definidas, por lo que haciendo estimaciones sepuede cifrar en el futurible coste de una central de las características previamente descritasde la tecnología conforme éste avance.en aproximadamente 4.000 millones de €. La estimación se basa en la bajada de preciosEl 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 10.161.407.560siendo:Deuterio Tritio Combustible TotalCantidad 253,957 380,292 634,249 kgTOTAL 177770 10161407560 10161585330 €Precio 700 26720000 - €/kgEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futura€ son debidos al Tritio. La solución a éste problema sería poner unas placas de unala ecuación (6). Debido a que ésta tecnología aún está en desarrollo, no será implementadaen el presente estudio, quedando así un coste aproximado de 4.000 millones de € más10.161.585.330 € anuales. Abundancia del CombustibleEl Deuterio tiene una abundancia en la Tierra del 0,0156% respecto al total de átomos dehidrógeno, es decir, por cada 6500 átomos de hidrógeno, se tiene uno de deuterio. Enperiodo de semidesintegración de 12.3 años. No obstante, la obtención del Deuteriocambio, el Tritio ha de ser obtenido artificialmente debido a que se desintegra, con unfértiles de Litio para su obtención. Podemos calificar así el Deuterio de abundante y elartificial es sencilla. No así la del Tritio, necesitando así pues del desarrollo de las paredesTritio de poco abundante, debido a las anteriores premisas.El conjunto de estas tres circunstancias, hace ver que la opinión que pueda tener laESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEMINAS Y ENERGÍAfuente 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 degente que está totalmente en contra de todo lo que tenga que ver con tecnología nuclearvista en algunos sentidos diferentes, está mayoritariamente a favor de la fusióndesinformación 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 tienenCoste Económicosociedad como ente global en torno a esta energía pueda ser Regular, dado que, aunquepresente numerosas ventajas con respecto a la gran mayoría de fuentes de energía, laPotencia de la Central 1 GWepalabra “nuclear” aún origina cierto pánico. Elaboración de la MatrizImpacto Ambiental 4Combustible Consumido 634,249 kgOpinión Social RegularCoste Económico 4.000 millones € + 10.161.585.330 € anualesAbundancia del Combustible Deuterio abundante y Tritio poco abundante6.2. Comparativa: Fusión vs FisiónPotencia de la Central 1 GWe 1 GWeDicha comparación la realizaremos mediante una comparación en la matriz finaldel apartado anterior, definiendo para ello los parámetros de la FisiónImpacto Ambiental 4 10Parámetros Fusión FisiónCombustible Consumido 634,249 kg 30.000 kgSantiago Salguero Pereda 74 |4.000 millones € +10.161.585.330 € anuales15.000.000€ anuales4.000 millones € +Abundancia delTritio poco abundanteCombustibleDeuterio abundante yOpinión Social Regular DeplorableÓxido de Uranio escasoSe puede observar como la Fusión Nuclear mediante Confinamiento Magnético salevencedora frente a la Fisión Nuclear.MINAS Y ENERGÍAESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DESantiago Salguero Pereda 73 |Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía.P á g i n aAl no poder estas fuentes suplir la futura demanda se trata de idear otro método, siendo7. CONCLUSIONESESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEMINAS Y ENERGÍAEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía.P á g i n aDespués del análisis realizado de la Fusión Nuclear, queda por tanto llegar a unasconclusiones para dar por finalizado este estudio.Se puede comenzar por ver que las fuentes de energía convencionales pronto dejarán deexistir, puesto que su durabilidad no trasciende más allá del siglo. Debido a ello esespecie, así como del abastecimiento energético en pos del avance tecnológico que estánecesario buscar una fuente de energía la cual nos tenga asegurada la supervivencia comoexperimentando y experimentará la sociedad.de hoy, no pueden suplir la demanda de energía actual, además de no poder sustituir aDebido a esto, se han diseñado diversas fuentes de energía alternativas las cuales, a díacentrales de generación base por ser fuentes de generación dependientes de factoresfusión 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 lotermonuclear mediante confinamiento magnético.que la comunidad científica internacional se ha centrado en las últimas décadas: la fusiónA día de hoy está claro que aún se van a necesitar muchos años de investigación paraexperimentales que quieren hacerlo viable. No obstante, hay determinados obstáculos allegar a poner en marcha el primer reactor comercial del mercado, pudiendo incluso a nollegar 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 unasalvar para que la fusión pueda ser llevada a cabo, siendo algunos de ellos:- La tecnología de detritiación o tecnología para la obtención del Tritio suficientepara 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 deparedes 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 FisiónAdemás 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 DEcontinuo, haciendo que la energía de Fusión Nuclear sea la idónea para la sustitución deMINAS Y ENERGÍAfuente de energía.Santiago Salguero Pereda 75 |P á g i n asituación de vacío cuasiperfecto, no habría ningún tipo de riesgo para la integridaddel 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 muypequeña, 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 energíasPor último, pero no menos importante, se ha de concienciar a la sociedad de los beneficioslas fuentes de energía convencionales para la generación base. Para ello, además, sey las desventajas de la Fusión Nuclear, haciendo hincapié en que un sistema energéticofiable es aquel que tiene centrales de generación base que puedan estar produciendo deSantiago Salguero Pereda 77 |debería de dar la información a la sociedad de la forma más objetiva posible para queellos se crearan su propia idea de lo que más les conviene, puesto que serán ellos comosociedad los que decidan, al final de todo, si esta tecnología podrá llevarse a cabo en sutotalidad o tendrá impedimentos. Conclusión Finalserá el sustituto ideal a las fuentes de energía para las centrales de generación base.La conclusión final es que la Fusión Nuclear mediante Confinamiento MagnéticoSantiago Salguero Pereda 76 |ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DEMINAS Y ENERGÍAEstudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futurafuente de energía.Estudio de viabilidad de la Fusión Nuclear como futuraP á g i n a8. BIBLIOGRAFÍAESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE- http://www.yosoynuclear.org/index.php?option=com_content&view=article&idMINAS Y ENERGÍAfuente de energía.P á g i n a- Jaime Semprún (2007). “La Nuclearización del mundo.” Pepitas de Calabaza,8.1. BibliografíaLogroño. 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 dede 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. 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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/13/1espacio-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 no2008.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.))./////.
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