Se estima que para el 2020 los nuevos tipos de reactores de fisión podrían tener una distribución masiva, a diferencia de la fusión que le falta más de una década. 

Los nuevos diseños de reactores nucleares están ganando impulso y prometen ser una fuente de energía más segura y económica. Entre ellos se encuentran los reactores de fisión de IV generación, los pequeños reactores modulares y los reactores de fusión, una tecnología en desarrollo que parecía absolutamente inalcanzable.

Gracias a las infinitas posibilidades que brinda la tecnología, en tiempos donde la apuesta del mundo es ecológica, estos modelos parecen cada vez más necesarios por ser una fuente viable de energía para el futuro en el esfuerzo por reducir las emisiones de CO2 y limitar el cambio climático.

Para aclarar muchas dudas sobre la energía nuclear en el país, expertos de la Comisión Chilena de Energía Nuclear conversaron con Grandes Empresas de Entel.

Para poner en contexto, Gonzalo Avaria, investigador Departamento de Ciencias Nucleares, nos habla de cómo suceden las reacciones de fisión y fusión nuclear, y cómo están constituidos los núcleos atómicos, y aclara que “básicamente, un átomo está formado por un núcleo, que se compone de protones y neutrones, además de electrones, que son partículas que se encuentran en torno al núcleo.

Es importante entender que la fisión nuclear, reacción que se utiliza actualmente para generar energía, “se basa en la separación de un núcleo pesado (por ejemplo, uranio), al agregarle un neutrón. Ese neutrón extra hace que el núcleo se vuelva inestable y que termine separándose en dos núcleos más livianos. Durante ese proceso, además, se liberan algunos neutrones”, explica Avaria.

“Esos nuevos neutrones chocan con otros núcleos y así continúa la reacción. El frenado de los núcleos más livianos con las paredes del combustible produce el calor necesario para calentar el agua que se utiliza para generar energía”, agrega.

Por otro lado, está la fusión nuclear, que se basa en la unión de dos núcleos livianos. Gonzalo aclara que “en este caso se utilizan núcleos similares al hidrógeno, llamados isótopos. Estos isótopos son el deuterio (núcleo con un protón y un neutrón) y el tritio (núcleo con un protón y dos neutrones). Para fusionar esos núcleos se utiliza Plasma (cuarto estado de la materia que se logra al subir la temperatura de un gas por encima de 11.600º C), ya que permite que estos núcleos tengan la suficiente energía para colisionar. Esta colisión libera un neutrón que viaja con mucha energía hacia las paredes del reactor, donde será frenado por dicha pared y, de esa forma, generará el calor que será utilizado para calentar agua y producir energía”.

Los reactores de fusión nuclear que serán utilizados en este tipo de generación de energía aún no han sido construidos. Actualmente, se está fabricando un prototipo en Cadarache, Francia.

Este reactor se basa en un diseño llamado “Tokamak”, que consiste en una cámara de descarga toroidal (donde se obtiene el plasma), “muy similar a una rosquilla, rodeada por electroimanes que permiten mantener al plasma confinado a una región específica de la cámara de descarga. Ese confinamiento es el que permite que se desarrollen las reacciones de fusión nuclear, es decir, la colisión de los núcleos livianos”, cuenta el experto.

Se dice que será una fuente de energía más segura y económica, y Avaria aclara que “las descargas de plasma son inherentemente inestables, lo que significa que cuesta mucho mantenerlas funcionando durante un tiempo largo. El mayor desafío que tendrá el proyecto ITER es mantener este plasma en una configuración estable y que permita que se realicen las reacciones de fusión nuclear”.

De todas formas, el investigador cuenta que esta misma inestabilidad hace que el proceso sea seguro, ya que si sucede algún fenómeno que pueda perturbar la descarga, esta se apagará rápidamente.

Respecto a los residuos radiactivos, estos se remiten más que nada a elementos de la estructura de la cámara de descarga, los que quedan activados por la interacción con los neutrones que son emitidos desde el plasma. “Estos residuos tendrán una baja actividad (comparada con los combustibles nucleares de los reactores de fisión), por lo que no se requerirán sistemas de almacenaje demasiado complejos”, dice.

Ahora bien, ¿es seguro en caso de un terremoto? Existe tecnología diseñada para resistir grandes sismos y sus sistemas de seguridad realizan acciones automáticas de apagado ante un movimiento telúrico que sobrepase los límites de operación segura de la instalación. Históricamente los reactores nucleares han resistido sismos de gran magnitud en forma segura, de acuerdo con su diseño.

En cuanto a la economía, aún se desconoce si la energía de fusión nuclear será más económica que otras fuentes energéticas, ya que no existe un parámetro para proyectar ese costo. Lo que sí se espera, es que el proceso de generación de energía por fusión tenga una huella de carbono muy pequeña, ya que el combustible se puede obtener desde el agua de los océanos. Esto mismo hace que se trate de un proceso que cuenta con una fuente de energía inagotable, en comparación con los reactores de fisión nuclear que dependen de depósitos limitados de uranio.

“Por ejemplo, para generar 1000 MW de energía se necesitan 2,7 millones de toneladas de carbón por año. Al utilizar reacciones de fusión nuclear, se requieren 125 kilogramos de deuterio y 125 kg de tritio. Para tener una magnitud de la disponibilidad de combustible, en 1000 litros de agua de mar hay 33 gramos de deuterio”, puntualiza Avaria.

Ahora, ¿qué diferencia hay entre los reactores de fisión de IV generación, reactores modulares y los reactores de fusión? Según explican Bárbara Nagel, jefa Oficina de Desarrollo Estratégico y Energía Nuclear de Potencia y Gustavo Ribbeck, miembro de la misma oficina, los reactores de fisión de IV Generación corresponden a diseños innovadores que buscan mejorar el desempeño de los futuros modelos y, entre otros objetivos, hacer más eficiente el uso del combustible, reducir la cantidad de desechos nucleares y acortar el tiempo que estos requieren para disminuir su actividad. “Todo lo anterior, bajo un marco de altos niveles de seguridad y confiabilidad, que no requiera la respuesta de factores externos al diseño del reactor en caso de una emergencia. Adicionalmente, otra ventaja de este tipo de diseños es que resultan poco útiles para desarrollar armamento nuclear”, analizan.

Por su parte, los reactores SMR (Small Modular Reactors) se presentan como una alternativa a la generación nucleoeléctrica actual de gran escala. Consisten en reactores pequeños, de entre 50 MW y 300 MW, que no privilegian la economía de escala (centrales más grandes) sino que priorizan la construcción de módulos estándar, que se pueden ir adicionando en forma similar a un set de baterías, permitiendo reducir costos de manufactura, operación e instalación de nuevas centrales.

En relación con los reactores nucleares de fusión, estos funcionan utilizando un principio diferente, ya que, en este caso, los núcleos se fusionan para formar uno más pesado, dando paso a una enorme cantidad de energía, varias veces mayor que la que se produce en el reactor de fisión, pero sin generar productos altamente radiactivos.

“Los científicos aún estudian las reacciones de fusión, ya que estas son difíciles de mantener durante largos períodos de tiempo debido a la enorme cantidad de presión y temperatura que requieren para unir los núcleos. Estos reactores todavía se encuentran en fases tempranas de diseño y desarrollo”, puntualizan.

Al respecto, actualmente en Chile no existen reactores nucleares de potencia (para producción de electricidad) ni tampoco se ha tomado alguna decisión sobre implementar ese tipo de energía. Lo que se ha realizado son estudios para determinar la factibilidad, conveniencia, requerimientos e implicancias que tendría la implementación de un programa nuclear de potencia en el país.

Para los expertos, esta opción debe ser analizada como cualquier otra opción energética, a la luz de su eventual aporte a la matriz energética nacional, desde el punto de vista técnico, ambiental, económico y social.

De todas formas, Eugenio Vargas, jefe Departamento de Reactores de Investigación, menciona que “Chile posee dos reactores nucleares de investigación. Uno de ellos, el RECH-1, se encuentra completamente operativo para satisfacer las necesidades del país en términos de investigación, desarrollo y aportes a las diversas áreas antes mencionadas. El otro, RECH-2, está en condición de parada prolongada, lo que significa que se realizan todos los mantenimientos necesarios para la conservación de la instalación, sin darle uso”.

Vargas comenta que el reactor nuclear de investigación RECH-1 “nació de la necesidad del país de sumarse a un tipo de desarrollo tecnológico común a nivel internacional en los años 60. A fines de esa década, comienza la construcción del primer reactor nuclear experimental chileno, que es puesto en funcionamiento por primera vez en octubre de 1974”.

Desde esa fecha, el reactor ha sido el motor de desarrollo de áreas tan importantes para nuestra sociedad actual como lo es, por ejemplo, la medicina nuclear. El equipo de investigadores, operadores de reactor y personal asociado se suma a esta infraestructura para realizar las primeras investigaciones para el desarrollo de isótopos (elementos químicos), utilizados para el tratamiento y diagnóstico temprano de enfermedades como el cáncer. Hasta el día de hoy son entregados a clínicas y hospitales de del país, beneficiando a miles de pacientes año a año.

Finalmente, Bárbara Nagel y Eugenio Vargas, coinciden en que, sobre la energía nuclear de potencia, la opción de reactores modulares pequeños resulta interesante de observar, ya que sus características de modularidad la hacen más amigables para redes pequeñas o sectores aislados, al tiempo que simplifican enormemente la realización del proyecto.

“Otra de las ventajas de los reactores de potencia es que no emiten CO2, toda vez que aportan seguridad, robustez y resiliencia a la matriz o desarrollo económico asociado a su implementación”, cierran.