Monday, July 20, 2009

En busca de soluciones a la crisis energética: Los reactores nucleares híbridos

Por S. Almaraz

Con las reservas naturales de combustibles fósiles agotándose, los efectos que este tipo de combustibles tienen en el calentamiento global, el incremento en los costos y el crecimiento de la demanda mundial de energía a una tasa sin precedente, la era de los combustibles fósiles esta llegando a su fin. Existe una creciente urgencia global en generar energía libre de emisiones de carbón (CO2) y tener una fuente que garantice el suministro energético mundial y minimice el impacto ambiental.


La energía nuclear ha renacido como una alternativa ante esta crisis energética, aunque es indudable que no cuenta con aceptación en gran parte de la sociedad principalmente por cuestiones de seguridad y de manejo de los desechos radioactivos, diferentes avances científicos y tecnológicos estarían a punto de cambiar esta percepción.


Existen 2 formas de extraer energía de un núcleo: fisión y fusión. La fisión nuclear se logra rompiendo núcleos muy pesados como ciertos isótopos del uranio y el plutonio, para ello se necesitan neutrones que sean absorbidos por el núcleo lo que crea una configuración muy inestable dando lugar al rompimiento del núcleo (fisión nuclear) y liberando grandes cantidades de energía. Para generar energía nuclear sustentable se necesita un flujo constante de neutrones que genere constantemente el rompimiento de los núcleos, esto se consigue generando una reacción en cadena en donde el núcleo al romperse, también emite neutrones que son utilizados por otro núcleo y así sucesivamente.


Inversamente, la fusión nuclear se lleva a cabo cuando núcleos ligeros (usualmente se utilizan los isótopos del hidrogeno: deuterio y tritio) llegan a juntarse liberando energía y produciendo gran cantidad de neutrones. Este es el proceso que ocurre naturalmente en las estrellas, donde las condiciones de presión y temperatura son las adecuadas.



Los reactores nucleares actuales producen energía por fisión nuclear, con la desventaja de que también producen desechos radioactivos que deben ser almacenados hasta por cientos o incluso miles de años. Regularmente los desechos nucleares son almacenados en lugares especiales, pero también pueden ser procesados si son sometidos al adecuado flujo de neutrones, pues pueden ser transmutados en elementos de vida mas corta o incluso en elementos estables. La fisión nuclear produce aproximadamente 15 veces mas energía que la fusión nuclear, sin embargo, la fusión nuclear no produce desechos nucleares, pero las condiciones de confinamiento requeridas son muy difíciles de controlar y no existe aun producción comercial de energía por este método. Los avances tecnológicos y científicos requeridos para la explotación comercial de la energía por fusión nuclear se estima que tardaran alrededor de 20 a 50 años en llegar.


Los reactores híbridos de fusión-fisión, fueron concebidos para capitalizar las ventajas y minimizar las desventajas de ambos procesos. El proceso de fisión nuclear genera mucha energía pero necesita un flujo constante de neutrones y produce desechos radioactivos de muy larga vida. La fusión nuclear genera, con la actual tecnología, menos energía de la que consume pero produce muchos neutrones. La idea es construir una maquina hibrida, el centro de la cual consistiría de un reactor de fusión rodeado por desechos radioactivos que funcionarían como el material fisionable, todo dentro de un reactor de fisión. El reactor de fusión generaría los neutrones que son utilizados para mantener la fisión activa, el reactor de fisión produciría la energía necesaria para el funcionamiento del reactor de fusión, quitando la necesidad de mantener la reacción en cadena y en consecuencia teniendo más control sobre la generación de energía, lo que se traduce en más seguridad. Este tipo de reactor podría generar electricidad, producir energía como cualquier reactor de fisión convencional y proveer una forma de transmutar los desechos nucleares de vida muy larga en materiales no radioactivos o desechos con vidas mucho mas cortas.


Hoy en día existen 3 diseños de reactores híbridos, la parte critica se basa en el funcionamiento del reactor de fusión, ya que se necesita concentrar el combustible en una región muy confinada del espacio, para ello, 2 de los diseños se basan en confinamiento por campos magnéticos. El instituto tecnológico de Georgia propone un diseño basado en un el campo magnético anular (tokamak) en el cual el material fisionable (desechos nucleares de fisión) esta dentro de los magnetos del tokamak, rodeando el plasma de fusión.



En el concepto propuesto por la universidad de Texas, difiere en que el material fisionable se encuentra afuera del campo magnético.


En el laboratorio Nacional de Lawrence Livermore, se investiga el confinamiento inercial, el cual consiste en generar fusión nuclear enfocando láseres en una pequeña región del espacio donde se encuentra el combustible. En ambos casos, la fusión nuclear crearía neutrones que causarían fisión en el material fisionable. El proceso reduciría los desechos radioactivos hasta en un 99% a los generados por un reactor de fisión convencional, además de que al quemar estos desechos también se produciría energía.



Los reactores híbridos generarían una expansión mundial de la energía nuclear en forma segura y sustentable. Los científicos esperan hacer de la energía nuclear una alternativa más viable mientras se desarrollan otras formas de producción de energía como la energía solar, eólica o fusión pura.



Con el apoyo a la ciencia y la tecnología los gobiernos del mundo pueden resolver muchos de los problemas de la sociedad y salir de situaciones críticas que permitan una convivencia sustentable de toda la humanidad con nuestro entorno.


Referencias

M. Kotschenreuther, et al., Fusion-fission transmutation Scheme-Efficent destruction of nuclear waste, Fusion Enginnering and Design, 84 (2009) 83-88.

http://ptonline.aip.org/journals/doc/PHTOAD-ft/vol_62/iss_7/24_1.shtml

http://www.nature.com/nphys/journal/v5/n6/full/nphys1288.html

3 comments:

Dean said...

Eso a la postre sería un tipo de energía sostenible -si se llega a conseguir- y es rentable, el gran problema de las energias nuevas, limpias, renovables, sostenibles, pero muy caras.
Un saludo.

Science Bloggers Association said...

Nice Blog. Congrats.
-Zakir Ali ‘Rajnish’
{ Secretary-TSALIIM & SBAI }
[Editor- Children’s Poem & Adult’s Poem]

frank hurtado said...

las nuevas tecnologias estan desarrollando la energia , y con el paso del tiempo se haran mas economicas, apenas estan iniciando su desarrollo.

http://humanonuevo.blogspot.com/