APLICACIÓN DE LA ENERGIA DE FUSIÓN NUCLEAR EN CHILE, E IMPACTOS EN LA MATRIZ ENERGÉTICA NACIONAL

INDICE
1.- INTRODUCCION 3
2.- OBJETIVOS 4
3.- DESARROLLO 5
3.1.- ¿QUE ES LA FUSIÓN NUCLEAR? 5
3.1.1.- PROBLEMÁTICA PRACTICA PARA REALIZAR FUSION NUCLEAR 7
3.1.2.- REACCIONES, COMBUSTIBLES Y TECNOLOGIAS PARA EL PROCESO DE FUSION
NUCLEAR 9
3.1.3.- VENTAJAS DE LA FUSIÓN NUCLEAR 10
3.2.- ESTADO DEL ARTE DE LA FUSIÓN NUCLEAR EN EL MUNDO 11
3.2.1 EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE PROYECTOS EN FUSIÓN NUCLEAR 11
3.2.2 LA ACTUALIDAD SOBRE LOS PROYECTOS DE FUSION NUCLEAR 15
3.3.- PROYECCIÓN DE LA ENERGÍA DE FUSIÓN EN EL MUNDO 16
3.4.- APLICACIÓN DE LA FUSIÓN EN CHILE, E IMPACTOS EN LA MATRIZ ENERGÉTICA
NACIONAL 22
3.4.1.- LA POLÍTICA ENERGÉTICA EN CHILE 22
3.4.2.- DESARROLLO ACTUAL DE LA ENERGÍA NUCLEAR EN CHILE 25
3.4.3.- LINEAMIENTOS DE POLÍTICA NUCLEAR EN CHILE 28
3.4.4.- VIABILIDAD NUCLEAR EN CHILE 29
3.4.5.- IMPACTO DE UNA CENTRAL DE FUSION NUCLEAR EN CHILE 33
4.- METODOLOGÍA USADA 34
5.- CONCLUSIONES 34
6.- BIBLIOGRAFÍA 35
7.- ANEXOS 36
7.1- CARTA DE INTERES 36
7.2- TERMINOS TECNICOS 37


1.- INTRODUCCION

El Hombre ha tenido siempre la necesidad de contar con fuentes de energía
para satisfacer una serie de demandas de carácter vital o prescindible. Las
necesidades vitales básicas son cubiertas por la energía del Sol. A medida
que las civilizaciones han ido evolucionando se han creado nuevas
necesidades energéticas, cada vez más imprescindibles. Aunque la mayoría de
las necesidades energéticas no son esenciales para la sobrevivencia del ser
humano, se han convertido en parte casi inseparable de nuestra
cotidianidad. La quema de combustibles fósiles ha propiciado la acumulación
de compuestos de carbono en la atmósfera, los cuales producen el efecto de
invernadero generando un incremento en la temperatura global de la
biósfera, alterando el clima de manera perjudicial para la vida,
incrementando la extensión de regiones áridas, y derritiendo los hielos en
los casquetes polares aumentando el nivel de los mares e inundando ciudades
costeras. Por lo anterior y otros factores como el agotamiento de los
reservorios de combustibles fósiles, se ha reiniciadado la búsqueda de
nuevas fuentes de energía que representen alternativas viables a los
métodos de producción actuales, entre las que se destaca la energía nuclear
de fusión.
La energía nuclear más conocida es la fisión nuclear, la cual debido a los
riesgos de dispersión de radiactividad, es rechazada por gran parte de la
sociedad. Sin embargo, hay otra posibilidad que el lego desconoce debido
fundamentalmente a que aún no se ha logrado controlar de manera
satisfactoria. Ésta se deriva de la fusión nuclear, la cual tiene un
potencial energético más amplio que la fisión. La principal ventaja de la
fusión sobre la fisión es que no da lugar a productos radiactivos como
resultado de la reacción. Esto hace que se le designe como energía nuclear
limpia. Como consecuencia, se desvanecen en gran medida las objeciones en
contra de la energía nuclear. Otro hecho importante en favor de la fusión
es que el elemento básico que sirve como combustible es el hidrógeno, el
cual se obtiene del agua, por lo que no habría problema para asegurar su
abasto. Para fines prácticos podría decirse que la fuente de energía sería
inagotable.
Hay que hacer notar que la utilización de la fusión como fuente de energía
es todavía un sueño y que, aunque pocos dudan que se llegue a producir, su
uso práctico tendrá que esperar varios años hasta que se pueda hacer
tecnológicamente aceptable. El problema radica en que, conforme las
investigaciones han ido avanzando, se ha llegado a un grado de complejidad
tal que la construcción de un reactor de fusión con las perspectivas
actuales tendría un costo sumamente elevado. Esto haría que el uso de la
fusión no fuera costeable. Sin embargo, es muy posible que a medida que nos
acerquemos al punto de construcción de un reactor nuclear de fusión la
tecnología se pueda ir mejorando de modo que éste se convierta en una
realidad.
Aunque las perspectivas de la fusión termonuclear como alternativa viable
para la producción de energía son todavía poco claras, su posición como una
de las pocas posibilidades de mantener la civilización como se la concibe
hoy en día durante los próximos siglos, sostiene la actividad de
investigación en el área a nivel mundial. Los problemas de radiación no
podrán ser eliminados con la primera generación de reactores experimentales
de fusión y se tendrá que seguir trabajando mucho más para llegar algún día
a tener una fuente de energía segura, durable, económica y accesible.
Cabe destacar que esta alternativa energética para un país en proceso de
desarrollo e importador de recursos energéticos fósiles como Chile, sea
interesante en cualquier horizonte de tiempo, debido a que las fuentes de
energías renovables nunca lograran ser más del 66% de la matriz energética
nacional.

2.- OBJETIVOS

El presente informe tiene como objetivos:
a) Explicar que es la Fusión Nuclear
b) Describir el Estado del Arte de la Fusión Nuclear en el Mundo
c) Proyectar del uso de la energía de Fusión Nuclear en el Mundo
d) Explicar los impactos de la aplicación de la Fusión Nuclear en chile,
e impactos en la matriz energética nacional.
3.- DESARROLLO

3.1.- ¿QUE ES LA FUSIÓN NUCLEAR?
Como lo indica su nombre, fusión nuclear es un proceso de unión (fusión) de
dos núcleos atómicos para formar uno solo. ¿Qué tiene de interesante juntar
dos cuerpos y dejarlos unidos?. Lo peculiar de fusionar dos núcleos es la
naturaleza de las fuerzas que mantienen unidos sus componentes, los
protones y los neutrones (nucleones). Resulta que la fuerza nuclear tiene
la particularidad de ser muy intensa pero de muy corto alcance, es decir,
solamente cuando dos nucleones se encuentran muy próximos sienten la
atracción mutua, y esta fuerza domina completamente cualquier otra fuerza
presente. Cuando un nucleón está rodeado de otros nucleones siente una
fuerza neta que es la suma de las fuerzas ejercidas por cada nucleón por
separado y si quisiéramos arrancar este componente del núcleo
necesitaríamos darle una energía suficiente para vencer esta fuerza neta.
La energía mínima necesaria para hacerlo se le llama energía de enlace.

Figura 1. Energía de enlace por nucleón en función del número de nucleones
A (protones y neutrones) que forman un núcleo, para todos los elementos
naturales. Nótese la máxima energía de enlace alrededor del hierro Fe. 

En la figura 1 al aumentar el tamaño del núcleo (o sea, el número de
nucleones) la energía de enlace va creciendo debido a que hay más nucleones
ejerciendo atracción, pero debido al corto alcance de la fuerza sólo los
nucleones más cercanos contribuirán de manera significativa. Por esta
razón, el aumento en la energía de enlace es muy pronunciado cuando se
empieza a aumentar de tamaño un núcleo pequeño y, a medida que se siguen
agregando partículas, su efecto es cada vez menor porque están más
distantes, lo cual hace que la energía de enlace casi no aumente. Así se
tiene que para todos los núcleos más pesados la energía de enlace de un
nucleón es casi la misma y son más difíciles de romper que los ligeros.
De la figura anterior el hierro es el elemento en el cual la energía por
nucleón es la máxima (8MeV), por tanto, es el más estable de todos. Aunque
para entender la fusión nuclear no nos interesa lo que ocurre con los
núcleos pesados debido a que la fuerza nuclear de corto alcance casi no se
siente entre sus nucleones más alejados, en estos casos el efecto de la
fuerza eléctrica es dominante aunque sea mucho más débil, debido a que es
de mayor alcance, y repulsiva por tratarse de partículas con carga del
mismo signo, oponiéndose a la fuerza nuclear, disminuyendo así ligeramente
la energía de enlace (a mayor número de protones mayor será la fuerza de
Coulomb) lo que explica la disminución de la energía de enlace al aumentar
la masa nuclear.
Al analizar la figura 1 las reacciones de fusión nuclear pueden emitir o
absorber energía. Si los núcleos que se van a fusionar tienen menor masa
que el hierro se libera energía. Por el contrario, si los núcleos atómicos
que se fusionan son más pesados que el hierro la reacción nuclear absorbe
energía. Lo anterior se debe a que si tomamos dos núcleos que estén del
lado izquierdo del máximo y los unimos para formar un nuevo núcleo más
pesado, este último tendrá una mayor energía de enlace total (o sea, el
resultado de multiplicar la energía de enlace de cada nucleón por el número
de nucleones en ese núcleo) que la suma de los dos originales. Por tanto
será más estable y permanecerá unido. El exceso de energía se presenta como
energía cinética o de movimiento del nuevo núcleo, y como energía interna
que puede hacer que se desprenda un nucleón lo que permite a la materia
entrar en estado de plasma. De esta manera se puede obtener energía
aprovechable al fusionar dos núcleos ligeros en uno más pesado. En el
proceso antes citado la cantidad de energía liberada es del orden de la
energía de enlace de los nucleones, que como ya se mencionó es de unos
cuantos MeV, un millón de veces mayor que la liberada en las reacciones
químicas (como la combustión del carbón). De ahí la gran importancia de las
reacciones nucleares como fuente de energía.
El mecanismo de liberación de energía en una reacción de fusión nuclear
puede ser también entendido desde un punto de vista distinto pero
relacionado al anterior. Este proceso desprende energía porque el peso del
núcleo pesado es menor que la suma de los pesos de los núcleos más ligeros.
Este defecto de masa se transforma en energía, se relaciona mediante la
fórmula E=mc2, aunque el defecto de masa es muy pequeño y la ganancia por
átomo es muy pequeña, se ha de tener en cuenta que es una energía muy
concentrada, en un gramo de materia hay millones de átomos, con lo que poca
cantidad de combustible da mucha energía.

3.1.1.- PROBLEMÁTICA PRÁCTICA PARA REALIZAR FUSION NUCLEAR
Hay que ver de qué forma puede lograrse esta fusión y qué tan fácil es
hacerlo. Es aquí donde empiezan las dificultades prácticas debido a que
todos los núcleos están cargados eléctricamente con signo positivo. Para
poder unir dos núcleos hay que vencer la fuerza de repulsión que ejercen
entre sí, para lo cual debe invertirse bastante energía. Podemos explicar
la problemática de las reacciones nucleares por medio de una gráfica de la
energía potencial de la figura 2. Ahí se muestra la energía potencial en
función de la separación, r, entre dos núcleos y lo que esto representa es
la energía que necesita tener un núcleo cuando está muy separado del otro
(teóricamente en infinito), para poder llegar a una distancia de separación
dada por r. Para distancias mucho mayores que el radio nuclear la fuerza
repulsiva de Coulomb es la única de importancia, la cual da lugar a una
energía potencial que decrece como el recíproco de la separacion: Ec=
constante/ r. Cuando los dos núcleos están muy juntos la interacción
dominante es la fuerza nuclear atractiva, cuya energía potencial no tiene
una dependencia simple con la distancia pero es de signo contrario a la de
Coulomb. Cuando se suman las dos contribuciones se forma una barrera de
potencial, seguida de un pozo, a separaciones muy pequeñas. Para poder
llegar a la cima del potencial necesita de una energía inicial grande, en
cuyo caso pasará por encima de la barrera y caerá al pozo, de donde no
podrá ya salir fácilmente. Lo mismo ocurre con dos núcleos; la energía
cinética o de movimiento que debe tener inicialmente uno con respecto al
otro, que llamaremos E0, debe ser mayor que la altura de la barrera de
Coulomb a fin de poder llegar a sentir las fuerzas nucleares que los
unirán, cayendo al pozo de potencial, cuya profundidad, -Umin, está
determinada por la energía de enlace. Al ocurrir esto, el núcleo resultante
tendrá una energía E0 + Umin y se dice que está en estado excitado. El
exceso de energía se emite a veces como radiación electromagnética
(rayos γ) u otras veces expulsando una partícula energética de su interior.

FIGURA 2. Variación de la energía potencial U entre dos núcleos, como
función de la distancia de separación entre ellos. Puede interpretarse como
el relieve de un terreno. A grandes distancias se repelen porque el declive
empuja hacia r grande; pero si se logra pasar por encima de la colina en
rm los núcleos se atraen fuertemente. 

En realidad, la situación no es exactamente como se acaba de describir, en
el sentido de que no es absolutamente necesario que el núcleo tenga una
energía inicial mayor que la altura de la barrera. Esto se debe a un efecto
cuántico que se conoce como efecto túnelo de penetración de barrera. Sin
entrar en detalle, mencionaremos que a escalas subatómicas las leyes
clásicas de la física no son aplicables, siendo reemplazadas por la
mecánica cuántica, la cual no determina con certeza el resultado de un
experimento; solamente puede dar la probabilidad de que ocurra un cierto
evento. Como consecuencia, cuando una cantidad de partículas es lanzada
contra una barrera de potencial, con menor energía que el alto de la
barrera, existe cierta probabilidad de que una fracción de ellas pase a
través de ésta por transmisión. Tomando en cuenta este efecto, no es
necesario que para conseguir la fusión dos núcleos interactuantes lleguen a
sobrepasar la altura de la barrera de Coulomb, que en el caso de dos
deuterones asciende a 280 keV. Este hecho permite que las posibilidades de
lograr la fusión nuclear se amplíen, ya que las energías requeridas pueden
ser comparativamente bajas.

3.1.2.- REACCIONES, COMBUSTIBLES Y TECNOLOGIAS PARA EL PROCESO DE FUSION
NUCLEAR
Los elementos atómicos empleados normalmente para obtener la fusión de dos
núcleos son el Hidrógeno y sus isótopos: el Deuterio (D) y el Tritio (T).
Las reacciones que tienen la mayor probabilidad de ocurrir debido a que
presentan la mayor sección eficaz de los átomos que interactúan, para
obtener energía de fusión son:
2D+ 3T 4He (3.5 MeV)+ n (14.1Mev)
Fusionando un núcleo de Deuterio con un núcleo de Tritio, se obtienen 4
núcleos de Helio, un neutrón y 17,6 MeV de energía.

2D+2D2 3HE (0.82 MEV) + n (2.25 MeV)
Fusionando dos núcleos de Deuterio, se obtienen 3 núcleos de Helio,
un neutrón y 3,2 MeV de energía.

2D+2D 3T(1.0 MEV) + p (3.02 MeV)
Fusionando dos núcleos de Deuterio, se obtiene un núcleo de Tritio,
un protón y 4,02 MeV de energía.
No todas las reacciones de fusión producen la misma energía, depende
siempre de los núcleos que se unen y de los productos de la reacción. La
reacción más fácil de conseguir es la de deuterio (un protón y un neutrón)
y tritio (un protón y dos neutrones) para formar helio (dos neutrones y dos
protones) y un neutrón, liberando una energía de 17,6 MeV.
Esta reacción que se ha descrito es la más fácil de conseguir pero no
quiere decir que sea sencillo lograr, ya que deben unirse los núcleos de
dos átomos que están cargados positivamente, con lo que cuanto más se
acerquen más se repelen, con el fin de lograr la fusión se manejan las
siguientes tecnologías.
Fusión nuclear por confinamiento inercial (FCI): Consiste en crear un medio
tan denso que las partículas no tengan casi ninguna posibilidad de escapar
sin chocar entre sí. Una pequeña esfera compuesta por deuterio y tritio es
impactada por un haz de láser, provocándose su implosión. Así, se hace
cientos de veces más densa y explosiona bajo los efectos de la reacción de
fusión nuclear.
Fusión nuclear por confinamiento magnético (FCM): Las partículas
eléctricamente cargadas del plasma (Temperatura de plasma: 100 – 200
millones de 0C, Tiempo de confinamiento: 1 – 2 segundos, Densidad en el
plasma: 2 – 3 x 1020 partículas/m3) son atrapadas en un espacio reducido
por la acción de un campo magnético. El dispositivo más desarrollado tiene
forma toroidal y se denomina Tokamak.

3.1.3.- VENTAJAS DE LA FUSIÓN NUCLEAR
Los combustibles primarios son baratos, abundantes, no radiactivos y
repartidos geográficamente de manera uniforme, el Deuterio es
un isótopo estable del hidrógeno formado por un protón y un neutrón. Su
abundancia en el agua es de un átomo por cada 6.500 átomos de hidrógeno.
Esto supone que en el agua de mar hay una concentración de 34 gramos de
deuterio por metro cúbico de agua. El contenido energético del deuterio es
tan elevado que la energía que se puede obtener del deuterio de un litro de
agua de mar es equivalente a la energía que se puede obtener de 250 litros
de petróleo, por otra parte el agua de los lagos los océanos contiene
hidrógeno pesado suficiente para millones de años, al ritmo actual de
consumo de energía.
El Sistema intrínsecamente seguro, el reactor sólo contiene el combustible
para los diez segundos siguientes de operación. La reacción de fusión no es
una reacción en cadena, no es posible que se pierda el control. En
cualquier momento se puede parar la reacción, cerrando sencillamente el
suministro de combustible.
La fusión no produce gases que contribuyan al efecto invernadero. La
reacción en sí sólo produce helio, un gas no nocivo.
La radiactividad de la estructura del reactor, producida por los neutrones
emitidos en las reacciones de fusión, puede ser minimizada escogiendo
cuidadosamente los materiales, de baja activación. Por tanto, no es preciso
almacenar los elementos del reactor más de cincuenta años.

3.2.- ESTADO DEL ARTE DE LA FUSIÓN NUCLEAR EN EL MUNDO

3.2.1 EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE PROYECTOS EN FUSIÓN NUCLEAR
Los orígenes de la fusión nuclear se localizan hacia 1929 cuando Atkinson y
Houtemans plantearon la posibilidad de obtener energía de las reacciones de
fusión. Sin embargo, los conceptos más importantes de fusión nuclear y su
aplicación real, se desarrollaron a partir de 1942 con los trabajos de H.
Bethe, E. Fermi, R. Oppenheimer y E. Teller, entre otros. A través del
proyecto Sherwood se llevaron a cabo los primeros avances tecnológicos, que
permitieron desarrollar el concepto de confinamiento magnético,
obteniéndose los primeros diseños: z-pinch, stellarator y espejos
magnéticos.

" " "
"Figura. z-PINCH "Figura. STELLATOR "
" " "


En 1950, fue creado el diseño conceptual de Tokamak por los físicos rusos
Ígor Tam y Andréi Sájarov, acrónimo del ruso тороидальная камера с
магнитными катушками -toroidal'naya kamera s magnitnymi katushkami (en
español cámara toroidal con bobinas magnéticas), equipo en el cual podía
llevarse a cabo la fusión.
En 1956, comenzaron las investigaciones experimentales de estos sistemas en
el Instituto de Energía Atómica «I. V. Kurchatov» de la Academia de
Ciencias de la URSS. El primer Tokamak consistió en una cámara de vacío con
forma toroidal que contenía hidrógeno y un dispositivo eléctrico que por
fuertes descargas ionizaba el gas hasta llevarlo al estado plasmático. Un
fuerte campo magnético helicoidal provocado con potentes electroimanes
lograba el confinamiento del plasma de elevadísimas temperaturas. 
En 1961, J. Nuckolls (Estados Unidos) y N. Basov (Rusia) desarrollaron una
técnica mediante la cual se podrían obtener reacciones de fusión nuclear
mediante altas compresiones provocadas por la cesión de energía. Se
desarrollaron así programas secretos en Estados Unidos (EEUU) y Rusia
(URSS). Posteriormente, Francia se une a este desarrollo, también secreto.
Otros países como Alemania, Japón, Italia y EEUU (Rochester) desarrollaron
programas abiertos.
En 1965, Artsimovich presentó los resultados de sus investigaciones, en la
"2ª Conferencia de Plasma y Fusión Controlada", sobre el concepto TOKAMAK
(Toroidal KAmera MAgnetiK).
" "
"Figura. TOKAMAK "


En el concepto TOKAMAK, el campo magnético necesario para confinar el
plasma es el resultado de la combinación de un campo toroidal, de un campo
poloidal, creados por bobinas toroidales, y de un campo vertical (creado
por un transformador). En este sistema el plasma actúa como bobina
secundaria del transformador por donde se induce corriente que lo calienta
y por la bobina primaria del transformador circula una intensidad de
corriente variable.
En 1968, el Premio Nobel N. Basov, informó de la obtención de temperaturas
de ignición y de la producción de neutrones en las reacciones de fusión
nuclear empleando láseres. A partir de entonces, se pudo disponer de una
gran cantidad de aparatos en construcción y operación bajo el concepto
TOKAMAK como los siguientes: TFR (Francia), T-4 y T-11 (URSS), ALCATOR y
ORMAK (EEUU). Otros como el T-10 (URSS), PLT (EEUU), DITE (Gran Bretaña),
ASEDX (Alemania) y FRASCATI (EURATOM-Italia) comenzaron a construirse.
En la década de los 70 comenzó a producirse la primera serie de
publicaciones sobre Fusión nuclear por Confinamiento Inercial (FCI). En
EEUU, los principales investigadores fueron Brueckner, Nuckolls, Kidder y
Clark. En Rusia, Basov y su equipo consiguieron el experimento más
avanzado, alcanzándose cerca de 3 millones de neutrones en la implosión de
esferas de CD2.
Basados en este concepto existen y han existido multitud de instalaciones
con láser que han permitido avanzadas investigaciones sobre la fusión
nuclear. De ellas se pueden destacar: NOVA (40 kJ, EUUU), OMEGA (30 kJ),
GEKKO-XII (10 kJ, Japón), PHEBUS (3 kJ, Francia), VOLCAN (Gran Bretaña),
ISKRA-5 (Rusia).
A partir de estas instalaciones de láser se han desarrollado dos grandes
proyectos para demostrar altas ganancias: National Ignition Facility (NIF)
en EEUU y Laser Megajoule (LMJ) en Francia.
Pero el láser no es el único dispositivo capaz de producir implosiones,
también se observa que electrones y haces de iones ligeros y pesados son
serios candidatos a la fusión nuclear por confinamiento inercial. Nacen así
los siguientes proyectos con iones ligeros: ANGARA y PROTO (Rusia), PBFA-I
y PBFA-II (EEUU).
En relación con los iones pesados, al no existir experimentos no se han
podido alcanzar resultados exactos, aunque se han realizado ciertas
predicciones mediante simulaciones teóricas como las realizadas en el
Proyecto HIDIF (Heavy Ion Design of Ignition Facility) patrocinado por
varios laboratorios e institutos europeos y por el Lawrence Berkeley
Laboratory americano.
En la década de los 90, las instalaciones de tipo TOKAMAK: JET (Joint
European Torus) (EURATOM), TFTR (Toroidal Fusion Thermonuclear Reactor)
(EEUU) y JT-60 (Japón), permitieron obtener cierta potencia. El primero fue
el JET, que con una mezcla de D (90%) y T (10%) consiguió en 1991, una
potencia de 1,7 MW. Posteriormente, en 1993, el TFTR con una mezcla de DT
al 50% llegó hasta los 6 MW, alcanzándose temperaturas de 30 keV. En el
calentamiento se gastaron 29 MW. En la actualidad, el TFTR está clausurado.
Hasta la fecha, se han llegado a producir hasta 12 MW de potencia en
reacciones de fusión nuclear controladas durante más de un segundo (JET,
1997).
El 21 de mayo de 2000, se anuncia que físicos estadounidenses han superado
uno de los problemas de la fusión nuclear, el fenómeno llamado modos
localizados en el borde, o ELMs (por sus siglas en inglés) que provocaría
una erosión del interior del reactor, obligando a su reemplazo
frecuentemente. 
En un artículo publicado el domingo 21 de mayo de 2000 en la revista
británica Nature Physics, un equipo dirigido por Todd Evans, de la empresa
General Atomics, California, anuncia el descubrimiento de que un pequeño
campo magnético resonante, proveniente de las bobinas especiales ubicadas
en el interior de la vasija del reactor, crea una interferencia magnética
"caótica" en el borde del plasma que detiene la formación de flujo. 

3.2.2 LA ACTUALIDAD SOBRE LOS PROYECTOS DE FUSION NUCLEAR
Como se menciono anteriormente actualmente se ha producido energía de
fusión nuclear en dos máquinas distintas, el JET (Joint European Torus) de
la Unión Europea en Oxfordshire, y el TFTR (Toroidal Fusion Thermonuclear
Reactor) en Princeton. Los dos son dispositivos de fusión por confinamiento
magnético.
Se ha conseguido sólo en estas máquinas porque son las únicas que han
inyectado tritio a un plasma de deuterio. El resto de máquinas funciona con
plasmas de sólo deuterio o sólo hidrógeno para investigar en el
comportamiento del plasma a altas temperaturas, pero sin producir fusiones.
Se ha demostrado la viabilidad científica de la producción de energía
mediante fusión nuclear. El siguiente paso es construir un reactor que
demuestre la viabilidad tecnológica para producir energía eléctrica a
partir de la de fusión. Este reactor será ITER (International Thermonuclear
Experimental Reactor), prototipo basado en el concepto Tokamak, y en el que
se espera alcanzar la ignición nuclear (prendido continuo del proceso de
fusión). En este proyecto participan la Unión Europea, Canadá, China,
Estados Unidos, Japón, India y Rusia. El 24 de mayo de 2006, los siete
socios del proyecto ITER firmaron en Bruselas el acuerdo internacional para
el lanzamiento del reactor de fusión internacional, que se construirá en
Cadarache, en el Sudeste de Francia.
La Idea del ITER es ser un reactor de prueba que posterior a sus
resultados, de paso a la construcción de una instalación de demostración
comercial.
ITER es un proyecto tecnológico cuya construcción se estima necesitará 10
años y al menos 20 de investigación. Entre las tecnologías empleadas para
su construcción y posterior funcionamiento y mantenimiento destacan la
robótica, superconductividad, microondas, aceleradores y los sistemas de
control.
En la máquina ITER no se producirá energía eléctrica, se probaran las
soluciones a los problemas que necesitan ser resueltos para hacer viables
los futuros reactores de fusión nuclear. Este ambicioso proyecto de
investigación dará sus primeros resultados a partir de 2050.
Las inversiones realizadas para su construcción se estiman en cerca de
5.000 millones de euros. Los costes de funcionamiento alcanzarán los 5.300
millones de euros y los de desmantelamiento ascienden a 430 millones de
euros. La construcción tiene que terminar en 2017, durante el 2018 se
instalará el tokamak y en 2019 se espera producir primer plasma.
.
3.3.- PROYECCIÓN DE LA ENERGÍA DE FUSIÓN EN EL MUNDO

Sabiendo que es la fusión, vamos a analizar las posibilidades reales, como
se ven en la actualidad, de poder llegar a tener plantas generadoras de
energía basadas en el concepto de la fusión como fuente energética. No
vamos a tratar de hacer predicciones de cuándo se podrá tener un reactor de
fusión comercial, ni de su rentabilidad. Hasta ahora todas las estimaciones
de los tiempos para dominar a la fusión, hechas en diferentes momentos, se
han quedado cortas. Basta decir que el uso comercial de la fusión tardará
todavía algunas décadas y será en algún momento del siglo XXI cuando
empiece a figurar de manera importante en el panorama energético.
Como el confinamiento magnético del plasma termonuclear es el más avanzado
actualmente, es el que más posibilidades tiene de dar lugar a un reactor de
fusión. La meta inmediata es demostrar que es factible lograr la condición
de emparejamiento entre la potencia invertida y la potencia generada por
fusión. Hay dos maneras de lograrla: la termalizada y la no-termalizada. En
la última, gran parte de las reacciones son producidas por choques de
partículas energéticas, provenientes de la inyección de haces neutros con
las partículas del plasma (lo que es más fácil de alcanzar que el
emparejamiento termalizado, en el que todas las reacciones se producen
entre las partículas térmicas del plasma) pero tiene menor valor, porque la
siguiente meta, el encendido del plasma, debe operar con reacciones
termalizadas; las partículas alfa producidas por la fusión mantienen
caliente el plasma sin intervención externa. Experimentos en los tokamaks
más avanzados, realizados últimamente, han alcanzado condiciones muy
cercanas al emparejamiento termalizado teórico. Se dice que es teórico
porque en los experimentos normalmente no se trabaja con deuterio y tritio
sino sólo con deuterio, y la afirmación del emparejamiento se basa en
cálculos de lo que se espera con un reactor de D-T. El único aparato que ha
usado tritio como prueba para las predicciones teóricas es el tokamak JET
operado por la Comunidad Europea, en el cual en noviembre de 1991 se
realizaron algunas descargas introduciendo el tritio a través de los haces
neutros usados para calentamiento. El resultado de la operación con tritio
confirmó que la potencia predicha para reacciones D-T concuerda con las
mediciones realizadas, pero la ganancia de energía fue mala (la energía
ganada es menor que la invertida).
Hemos mencionado con anterioridad que la tendencia para mejorar el
confinamiento es hacer aparatos cada vez de mayor tamaño. Los aparatos más
grandes que existen en la actualidad son: JET en Gran Bretaña, TFTR en
Princeton, EUA y JT-60 en Japón, mientras que en la antigua Unión Soviética
se construyó el T-15 que por problemas económicos, aún no está en
funciones. En ellos se logran tiempos de confinamiento del orden de un
segundo para densidades de 10 14cm-3 y, con los sistemas de calentamiento
auxiliar, temperaturas de los iones del orden de 10 keV, que los coloca,
prácticamente, en la frontera de la región de emparejamiento no termalizado
para fusión D-T. Además de JET, el otro experimento planeado para operar
con tritio es TFTR, de modo que sólo en ellos se podrá llegar realmente al
emparejamiento. La operación con tritio es muy delicada debido a su
radiactividad y debe de contarse con equipos especiales para manipularlo de
manera segura y eficiente. En ocasiones se requiere del manejo remoto para
evitar el contacto directo con este material. Además, los neutrones
producidos hacen que el aparato se empiece a activar, lo que impide el
manejo directo que hasta ahora se ha empleado. En los experimentos de
JET mencionados, aunque la proporción de tritio fue baja, se ha tenido
activación de las paredes de la cámara y ha habido que esperar varios meses
a que ésta decaiga antes de seguir operando. Por esta razón no se quiere
aún usar tritio en otras máquinas, y se está dejando esta etapa para el
final del periodo de operación de los aparatos, cuando ya se hayan
realizado la mayoría de los experimentos de interés.


Figura 3. Diagrama del parámetro de Lawson ntE contra la temperatura de los
iones para distintos tokamaks mostrando la evolución, desde los primeros
(T3) hasta los más recientes (JET y TFTR). Poco a poco se han ido
aproximando a las metas, la intermedia de emparejamiento (Q=1) y la final
de encendido. 

En la figura 3 se da una visión esquemática del estado de los diferentes
tokamaks en un diagrama del parámetro de Lawson (n tE) contra la
temperatura iónica. La línea discontinua representa la frontera de
emparejamiento no termalizado mientras que la línea etiquetada Q=1
corresponde al emparejamiento termalizado. Se aprecia que todavía falta
mejorar bastante estos parámetros para llegar a la región del encendido. El
experimento que mejores resultados ha dado es JET el cual ha alcanzado las
condiciones de emparejamiento, pero por períodos transitorios y no se han
podido sostener por tiempos largos. La investigación en estos aparatos
continuará durante los próximos años y se espera probar directamente el
emparejamiento al operar con tritio, pero no están diseñados para alcanzar
las condiciones de encendido. Para esto es necesaria la programación de
nuevos experimentos más avanzados, que permitan ya estudiar la operación de
un reactor de fusión. Esta etapa está en planeación y se ha llegado a la
conclusión de que es conveniente desarrollar un solo experimento, con la
colaboración internacional, ya que de esta manera se reparten los gastos y
no se repiten esfuerzos. El proyecto ITER, sigue en la línea de utilizar
plasmas de grandes dimensiones para mejorar el confinamiento. Las
dimensiones que se están considerando son: radio mayor, de seis a siete
metros, y radio menor de dos metros. El campo magnético toroidal, en
cambio, no se planea incrementar substancialmente en relación a los usados
en la actualidad; será del orden de 5 a 10 Teslas. La corriente del plasma
se aumentará hasta 20 MegaAmperes, pero se tratará de disminuir en diseños
posteriores para mejorar el tiempo de confinamiento, el cual varía
inversamente con la corriente. 
El experimento ITER no podrá estar en operación sino hasta finales de este
siglo. Hay otra propuesta de experimento que en lugar de irse a dimensiones
enormes utiliza campos magnéticos y densidades elevados, como en Alcator, y
se le ha denominado Ignitor. Esta máquina, teóricamente, podría llegar al
encendido usando únicamente calentamiento óhmico, pero la idea no está
siendo bien recibida por una fracción de la comunidad de científicos
dedicados a estudiar la fusión. Cabe mencionar también que existe un
proyecto europeo llamado NET (Next European Torus) que pretende ser el
sucesor de JET, pero en vista de las nuevas tendencias internacionales
hacia ITER, no es seguro que continúe.
Una vez que se logre demostrar que es posible mantener encendido el plasma
termonuclear, produciendo más energía que la que se invierte en el sistema
eléctrico del aparato, se procederá a construir un reactor comercial. En
forma esquemática podemos ejemplificar el funcionamiento de un reactor
termonuclear como se hace en la figura 4. En el núcleo del reactor se
encuentra el plasma encendido, que puede estar confinado magnética o
inercialmente. El plasma está compuesto por partes iguales de deuterio y
tritio y colocado dentro de una cámara envuelta por un cobertor de litio.
Las partículas alfa producidas en la fusión permanecen en la cámara dándole
su energía al plasma para mantenerlo caliente, mientras que los neutrones
atraviesan la pared y reaccionan con el litio para producir tritio. El
tritio es extraído para poder ser utilizado en el reabastecimiento de
combustible para el reactor, junto con el deuterio que puede ser obtenido
del agua. Todo este conjunto debe de estar contenido dentro de paredes
blindadas que permitan su aislamiento del exterior, pues el tritio es
radiactivo y los neutrones que escapan producen radiaciones peligrosas. Si
se usa confinamiento magnético, como ocurrirá al menos con los primeros
reactores, el sistema de bobinas magnéticas estará también en el exterior,
procurándose que los campos magnéticos penetren al interior del plasma con
la menor modificación posible. 

FIGURA 4. Esquema de las principales partes de lo que será un reactor
termonuclear. 

Una vez que el reactor se halla funcionando, debe extraerse la energía que
genera para poder utilizarla en la producción de electricidad. Para ello se
instala un sistema de extracción que haga circular un fluido del interior
al exterior del reactor para que absorba el calor y lo entregue a un
intercambiador de calor. Este último podrá dar lugar a vapor a alta presión
el cual activará una turbina que genera electricidad. Los métodos
alternativos al tokamak para el confinamiento del plasma todavía no pueden
ser considerados seriamente en la construcción de un reactor, y aunque se
han hecho algunos diseños basados en conceptos distintos, su aplicabilidad
sólo podrá darse después de haber experimentado por tiempos más largos,
como en el caso del tokamak. Aun en los reactores basados en el tokamak, el
panorama hacia el futuro no es completamente claro con respecto a su
costeabilidad, aunque existe optimismo. Por esta razón se ha pensado que se
podría aprovechar la energía de la fusión por otros medios que no requieran
condiciones tan extremas como las de un reactor termonuclear puro. A lo que
nos referimos es a que, antes de llegar a la condición de encendido del
plasma, se cuenta ya con una producción de neutrones y de energía
importante en cuanto se sobrepasa la barrera del emparejamiento, que puede
ser utilizable. El mecanismo propuesto, que hace uso de lo anterior, es un
reactor híbrido de fusión-fisión. La idea es usar los neutrones, que se
producen abundantemente en las reacciones de fusión, para producir el
combustible de un reactor nuclear de fisión. Así, la energía que éste
produce sería empleada, en parte, para mantener en funcionamiento la parte
que produce la fusión y el resto para generar electricidad. Un
inconveniente del reactor híbrido es que produce gran cantidad de material
radiactivo, aún más que uno de fisión, ya que además de los desechos y
problemas de este último se añade la activación de los materiales por los
neutrones de la fusión.
Las ventajas de la fusión sobre la fisión (que se utiliza hoy en las
centrales nucleares) son que no produce desechos radiactivos directos y que
no precisa de un combustible no renovable y tan escaso como el uranio. En
cambio, es mucho más difícil de iniciar. No se ha alcanzado el punto de
equilibrio entre la energía que se necesita para acelerar y confinar el
plasma y la que se obtiene con la fusión de algunas partículas. Sin embargo
no hay razones teóricas para ello, sino sólo razones técnicas, que el
proyecto internacional ITER tendrá que resolver. 
Por ultimo cabe denotar que el progreso científico y tecnológico en el
campo de la fusión en la última década ha sido muy importante y puede ser
la fuente de producción de energía eléctrica inagotable, potente y
medioambiental segura del futuro.


3.4.- APLICACIÓN DE LA FUSIÓN EN CHILE, E IMPACTOS EN LA MATRIZ ENERGÉTICA
NACIONAL

3.4.1.- LA POLÍTICA ENERGÉTICA EN CHILE
Chile tiene una política energética implícita, en que la actividad de
producción energética recae en el sector privado y de vez en cuando las
autoridades del área, según el gobierno de turno, han expuesto lineamientos
que han sido parte de los programas de gobierno. En si la idea ha sido no
tener política energética y dejar que el mercado opere con ciertas reglas
que impone el Estado. Esto permite grados de libertad para modificarla,
pero no facilita la planificación en el largo plazo. Asimismo, ha habido
intentos esporádicos de integrarse energéticamente con los países vecinos,
con anillos, ductos o redes, hasta ahora sin éxito o con malas
experiencias.
Más coordinada, hasta ahora, es la generación de electricidad, que requiere
instalaciones técnicamente afines, que aseguren el servicio mediante costos
de falla, fomenten la operación más económica y el derecho de servidumbre
de la transmisión. La neutralidad tecnológica en el rubro eléctrico se ha
ido perdiendo y existen beneficios para el fomento selectivo, por una
mezcla de factores técnicos y presiones de grupos ambientalistas. Existe el
convencimiento de las bondades de la diversificación, aunque sin
prescripción ni cuantificación.
Recientemente, se ha incorporado la idea de la planificación integrada de
largo plazo. Ello porque las políticas energéticas de los gobiernos no
garantizan la predictibilidad para que las inversiones de proyectos
complejos trasciendan de un gobierno a otro, este es el caso de los
proyectos de energía nucleoeléctrica, cuyo desarrollo excedería a varios
períodos presidenciales, y por ende, se puede cancelar antes de concluir el
proyecto energético.
En si hasta ahora la gran problemática nace en que los proyectos deben ser,
en general, ejecutados dentro de un mandato presidencial, lo cual es
difícil con períodos gubernamentales breves. Esta situación fomenta
proyectos de rápido desarrollo o de bajo costo inicial, como los
termoeléctricos.
Por otra parte el tema ambiental que es más reciente y su regulación operan
en forma paralela con creciente estrictez, en especial para las emisiones
locales y las descargas térmicas, hacen que hoy se traten de compatibilizar
los aspectos ambientales, económicos y seguridad, aunque persisten algunas
visiones extremas que intentan focalizarse en mínimos precios, sin
considerar en los proyectos los costos de las emisiones de CO2 y GEI. Hay
quienes sostienen que Chile tiene poca significación a escala global y por
ende, sería excluido de obligaciones de reducción. No obstante, su
crecimiento económico, su posición económica absoluta, el tamaño de su
población y sus actuales emisiones totales y per cápita hacen poco creíble
esa hipótesis. Es posible suponer que los países en desarrollo seguirán el
curso que siga China. Un análisis riguroso de una proyección de demanda
obliga a prever las tecnologías de ciertos mercados de consumo, la política
internacional, el cambio climático, etc.


Figura 5. Capacidad eléctrica instalada y en construccion en SING y SIC en
MW.

La Figura 5 muestra la capacidad eléctrica instalada en el Sistema
Interconectado Central (SIC) y Sistema Interconectado del Norte Grande
(SING), con 15.309 MW; y las plantas en construcción, con 3.121 MW, en que
dominan las fuentes emisoras de GEI (65%). La capacidad de los sistemas de
Aysén (SA) y de Magallanes (SM) no supera los 150 MW, combinados.
En Chile parecen ser más favorables las hidroeléctricas pequeñas hasta que
se cope su potencial, la geotermia y la eólica. Las energías solares y del
mar se ven más alejadas en el horizonte tecnológico. Por otro lado, las
tendencias ambientales globales pueden alterar el relativo status quo
chileno en esta materia y alterar la participación de la generación
térmica, la cual a su vez puede ser contrarrestada por avances logrados en
plantas más eficientes a carbón. Una proyección de población, de emisiones
de la generación eléctrica y su reducción tanto por energía nuclear como
por plantas de producción energética a carbón con nuevas tecnologías, se
muestra en la Figura 6.


Figura 6. Proyección Población, emisiones y capacidad instalada

Como país exportador de materias primas, Chile requerirá adoptar sistemas
energéticos de bajo costo y bajas emisiones. Lo primero permitirá a los
productores la viabilidad económica con márgenes en sus operaciones. Lo
segundo permitirá a la sociedad asumir su responsabilidad en la reducción
de las emisiones de GEI.
Con estos elementos, y por su característica geográfica, el paradigma
energético chileno de largo plazo debiera tender a acrecentar el uso de
electricidad económica y de bajas emisiones, basada en: a) energía
hidroeléctrica, sin restricción de tamaño de planta, lo más austral
posible, con niveles de generación del 40% al 30% hacia el 2050,
acercándose a su potencial económico; b) energía
nucleoeléctrica, en pocas centrales de varias unidades estándares de
mediana o pequeña escala, según el sistema interconectado, aisladas
sísmicamente, con niveles de generación creciendo hasta 35% hacia el 2050;
c) otras energías renovables, geotérmicas, eólicas y bioenergía, con
niveles máximos de generación cercanos al 15%; y d) fuentes fósiles, gas
natural y sistemas eficientes a carbón , con niveles de generación cayendo
del 57% al 20% hacia el 2050. Al año 2010, 2030 y 2050, se tendría lo que
se propone en la Tabla1, que permitiría las reducciones de CO2 señaladas en
la Figura 6.

Tabla 1. Proyección de Generación Eléctrica y Capacidad Instalada.

3.4.2.- DESARROLLO ACTUAL DE LA ENERGÍA NUCLEAR EN CHILE
En Chile se aplica tecnología nuclear desde los años sesenta. Hace 45 años
se creó la Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN) que progresivamente
desarrolló instalaciones y preparó a profesionales. En infraestructura creó
y sostiene dos centros nucleares con un reactor experimental en cada uno,
irradiadores, aceleradores, sistemas de apoyo y laboratorios entre los
cuales hay un laboratorio de física y tecnologías de plasmas, fue capaz de
realizar las etapas de fabricación del combustible nuclear para esos
reactores. Varios de los sistemas y productos han sido logrados con
tecnología nacional aunque la mayoría de los componentes importantes ha
sido de origen extranjero.
La actividad de la CCHEN se ciñe a las disposiciones que rigen entidades
del sector público, con recursos presupuestarios modestos que definen su
alcance y proyección. Su principal contribución ha sido la producción de
variados radioisótopos para el sector salud y otros, usando reactores y
aceleradores; y la esterilización de alimentos, mediante irradiadores. Para
lo anterior ha tenido una dotación promedio histórica de unas 300 personas
que incluye a quienes fiscalizan la actividad nuclear y radiológica del
país.
En la década de los setenta, participó junto a ENDESA en un estudio
nucleoeléctrico, el cual no superó la etapa de factibilidad y tempranamente
la autoridad declinó progresar hacia la nucleoelectricidad, no obstante
tuvo el mérito de formar recursos humanos y generar capacidades. Después de
ese esfuerzo, varias de esas personas se dispersaron y la CCHEN se
contrajo.
La privatización del sector eléctrico a mediados de los años ochenta
produjo mejoras en eficiencia, inversión y empleo, con efectos en
diferentes mercados. En este sector se aplicó un modelo económico que
separó las actividades de generación, transmisión y distribución, y dotó de
herramientas de competitividad en cada segmento, dejando ciertas
regulaciones en el sector público, en especial para asegurar suministros a
clientes atomizados.
En este contexto, las empresas de generación comienzan a competir a través
del modelo de costo marginal, que prioriza el despacho de las unidades de
menor costo de producción.
Hacia fines de los años noventa, se agregaron los procedimientos para
desarrollar la evaluación ambiental de los proyectos según la Ley de Bases
del Medio Ambiente.
Normas recientes han impuesto cuotas de generación de energía con
provenientes de fuentes renovables, para iniciar una diversificación
conducente a una mayor seguridad energética sin metas de reducción de GEI.
Las firmas generadoras, en su forma privada, no desarrollaron estudios
nucleoeléctricos, privilegiando proyectos hidroeléctricos hasta fines de
los años noventa, seguidos por proyectos térmicos a gas desde que existe la
infraestructura
respectiva y centrales térmicas a carbón desde que decae el suministro
gasífero. Es decir, las empresas siguieron una política empresarial de
buscar la certeza de inversión en el corto o mediano plazo.
Desde la privatización, los gobiernos no avanzaron en el tema nuclear,
debido en parte, a que las empresas no abordaban proyectos con carencias de
infraestructura pública específica que requerían actividades coordinadas el
Estado, a través de un programa nuclear.
A pesar que se marginó el tema nuclear por los múltiples gobiernos que ha
habido posterior al gobierno militar, por presiones de entidades gremiales
y académicas en el año 2007, se llamo a formar un comité asesor para que
evaluara estudios que identifican oportunidades, ventajas, desafíos y
riesgos del uso de la energía nucleoeléctrica en Chile. Un grupo de 10
personas se reunió semanalmente por varios meses, entrevistando a
diferentes actores y reuniendo antecedentes. Concluyó que no se podía
descartar la energía nuclear como opción energética futura y sugirió
estudios específicos en materia institucional, económica, de demanda,
ambiental, de emplazamiento, regulatorio de emergencias, de recursos
humanos y de opinión pública. Se recomendó una veintena de estudios, de los
cuales se ha realizado un tercio, con montos limitados, siendo varios de
ellos llevados a cabo por distintas firmas extranjeras en una asociación
forzada con instituciones nacionales. Destacaron los siguientes grupos:
Stuk de Finlandia, Amec de Inglaterra, Senes de Canadá, Atom-Prom de Rusia.
Aunque la experiencia extranjera es vasta, dichos estudios, de relativa
simplicidad, debieron haberse realizado con capacidades nacionales que
además hubiesen integrado conclusiones compatibles, desde una perspectiva
nacional. El resultado del proceso ha sido la recopilación de información,
que en su mayoría se encuentra disponible en agencias nucleares
internacionales (ej. IAEA, AEN, NRC, NEI, WNA, WANO, etc.).
La conclusión principal no era obvia para las personas del grupo, lo cual
legitima la opción aún más. No obstante, se ganó tiempo político, ante una
conclusión más destacable: "la decisión de incorporación de la energía
nucleoeléctrica en chile es estratégica en lo técnico, en lo político y en
lo geopolítico, y exige del Estado un papel activo y distinto al mantenido
hasta hoy, tanto en la evaluación como en la selección de las opciones
técnicas posibles" (Gobierno de Chile, 2007).

3.4.3.- LINEAMIENTOS DE POLÍTICA NUCLEAR EN CHILE
Aunque no se desprende directamente del estudio iniciado el año 2007, se
infiere la necesidad de una política nuclear de consenso. La mayoría de los
países ha iniciado programas nucleares -requisito para realizar los
proyectos- a través de una postura oficial y legal que define los aspectos
estratégicos de la energía nuclear como: localización tecnológica,
naturaleza tecnológica, acuerdos internacionales, suministro de
combustible, gestión de combustible gastado, estructura industrial,
seguridad y protección física. La política nuclear debe promover el
desarrollo nuclear con fines pacíficos y alinear a otras políticas de
Estado, como la energética y tecnológica. No obstante, hay pocos ejemplos
recientes en nuestro país. La única que tiene este alcance es la política
de defensa, que ha ido desarrollando documentos, sin un carácter de ley,
pues es más simple de definir por su arraigo cultural. En algunos países,
la política nuclear se denomina Nuclear Energy Act y su objetivo es guiar
el desarrollo nuclear según los intereses permanentes de la nación, que
oriente inversiones en las aplicaciones, estandarice ciertas tecnologías,
disponga de recursos humanos calificados, haga participar a la comunidad y
asegure que las actividades subyacentes consideren la protección a las
personas y los compromisos internacionales. En consecuencia, la política
nuclear que oriente un programa nuclear debe considerar los elementos de la
Figura 7.

Figura 7. Elementos de una política nuclear nacional

En la mayoría de los países, los gobiernos son los impulsores del tema
nuclear. Los proyectos están vinculados a comisiones nucleares y están
regulados internamente, por ejemplo la francesa EDF (Electricité de
France). No hay ejemplo de un país que haya adoptado esta tecnología en un
contexto totalmente privado.

3.4.4.- VIABILIDAD NUCLEAR EN CHILE
La introducción de la energía nuclear requiere un marco técnico, así como
apoyo político y ciudadano. Los proyectos deberán estar sincronizados en un
programa
nuclear. Un atributo esperado es que las normas que definan la regulación
nuclear y ambiental sean exigentes y aplicadas en forma expedita.
La energía nuclear suele polarizar a las personas al ser sus fundamentos
relativamente desconocidos y al existir temores arraigados que se asocian a
accidentes, guerras y algo de ficción. Por ello, se espera que su
implementación en Chile esté sujeta a presiones mayores a las que ha habido
antes para centrales hidro y termoeléctricas.
Luego, requiere un programa previo de educación, abierto y equilibrado,
enmarcado en una estrategia de aceptación, que considere los beneficios y
problemas de todas las opciones energéticas, así como los problemas
globales referidos a energía— en que la opción nuclear es una más,
imperfecta —, seguido de conceptos científicos, técnicos y abstractos para
despejar temores. El resultado esperado de ese programa de educación es la
aceptación política y del público general, con un posicionamiento
comparable al de las opciones renovables.
Un programa nuclear de potencia debe proveer los aspectos que no puede
asumir una empresa: debe preparar el contexto, proveer una capacidad
técnica y humana, imponer requisitos a la red eléctrica, generar servicios
de soporte, sugerir tecnologías y unificar de antemano las actividades del
combustible nuclear y de la gestión final de residuos. Debe dar seguridades
de buen uso a la sociedad nacional y representar compromisos
internacionales.

Figura 8. Secuencia General de Desarrollo de la Infraestructura Nuclear
Nacional
Para maximizar el éxito, el Organismo Internacional de Energía Atómica
(OIEA) ha preparado un protocolo que recomienda a los Estados un proceso
que examina al menos 19 elementos de infraestructura nacional, en cinco
fases de desarrollo ayudando al programa a responder los elementos de
política. El proceso general del programa y proyectos se resume en la
Figura 8. debe destacarse que un proyecto debe considerar aspectos
técnicos, económicos y de gestión en un horizonte superior a 50 años,
proveyendo electricidad y otros servicios energéticos
(agua, hidrógeno, calor) con una ventaja de costo total.
El OIEA también ha preparado un cuerpo extenso de recomendaciones para la
gestión de los proyectos nucleoeléctricos. El programa es la contraparte
pública que establece las bases para el emprendimiento de muchos actores.
Una recomendación internacional es la creación de una agencia preparatoria
(NEPIO: Nuclear Energy Program Implementation Organization), alojada en el
ministerio responsable de la energía, que establece la política nuclear y
desarrolla los elementos de infraestructura necesarios para un programa
efectivo. El NEPIO, cuya estructura sugerida para el caso chileno se
encuentra en la Figura 9.

Figura 9. Estructura Nacional Proyecto Nucleoeléctrica.

El costo de un programa nuclear nacional puede ser de unos US$30 millones
en 4 años, con beneficios que trascienden al sector nuclear. El aspecto más
relevante es finalmente el establecimiento de una Autoridad Regulatoria
Nuclear (ARN) independiente de los operadores y promotores privados y
públicos de la energía nuclear, que vele por la seguridad del público y de
sus bienes. La ARN, junto a la Superintendencia del Medio Ambiente,
autorizaría a los operadores con proyectos coherentes dando certeza
estructural de realización de estos. El proceso de construcción no debe
tener pausas innecesarias debido a la relativa intensidad de las
inversiones iniciales.
Bajo una nueva ley, que ampliaría la existente, la ARN deberá regular y
fiscalizar la actividad nuclear en lo referente a seguridad nuclear y
radiológica, a protección
Física de instalaciones nucleares, y a las salvaguardias a los materiales
nucleares asociados a los tratados de no proliferación de armas nucleares;
adoptando o generando un cuerpo de reglamentos y directivas acorde a la
experiencia internacional.
La ARN genera las licencias o permisos a las personas y empresas. El
operador de las centrales nucleares, una empresa privada o mixta, debe
presentar un Análisis de Seguridad Preliminar (PSAR) cuya aprobación
permita la construcción, y un Análisis de Seguridad Definitivo (FSAR) cuya
aprobación genere una licencia para operar la planta. A continuación, la
ARN fiscaliza el buen uso de las licencias y genera autorizaciones para
eventos como recambio de combustible, variaciones al diseño y cese de
operación al término de la vida útil.
La experiencia internacional no es concluyente en cuanto a la forma de
propiedad de las centrales nucleares. En Francia, 59 reactores son operados
eficientemente por una empresa estatal. En el otro extremo, en Estados
Unidos, más de 100 reactores son operados en forma dispersa por un gran
número de empresas. En otros países hay asociaciones entre privados y el
Estado con diferentes participaciones. Un Estado también podría participar
como dueño de la instalación licitando su operación.
Una ventaja de la presencia estatal es el acceso a créditos de menor
riesgo, que reducen el costo de la generación.

3.4.5.- IMPACTO DE UNA CENTRAL DE FUSION NUCLEAR EN CHILE
La Instalación de un proyecto de energía de fusión nuclear en Chile,
obligara al estado a establecer una política de estado con respecto al tema
energético, el cual este normado por ley y respaldado constitucionalmente.
A muy largo plazo (100 años) se espera que exista y se abarate el coste de
la implementación de la tecnología, la fusión nuclear será para el país un
sistema energético de bajo costo y bajas emisiones. Lo primero permitirá a
los productores la viabilidad económica con márgenes en sus operaciones. Lo
segundo permitirá a la sociedad asumir su responsabilidad en la reducción
de las emisiones de GEI.
En el corto plazo la energía nucleoeléctrica, en Chile debería
implementarse e ir creciendo hasta ser el 35% de la generación hacia el
2050.
La energía nucleoeléctrica fortalece la estabilidad geopolítica del país ya
que la actual política energética solo busca la certeza productiva a corto
o mediano plazo.
La implementación de energía nucleoeléctrica en el país impondrá la
necesidad de realizar actividades público privadas coordinadas.
La energía nuclear independiente de su origen debe promover el desarrollo
nuclear con fines pacíficos y alinear a otras políticas de Estado, como la
energética y tecnológica.
La Instauración de la núcleo electricidad en Chile, obligaría a la creación
de una Nuclear Energy Act y su objetivo será guiar el desarrollo nuclear
según los intereses permanentes de la nación, que oriente inversiones en
las aplicaciones, estandarice ciertas tecnologías, disponga de recursos
humanos calificados, haga participar a la comunidad y asegure que las
actividades subyacentes consideren la protección a las personas y los
compromisos internacionales.
La instalación de energía nucleoeléctrica traerá la necesidad del
establecimiento de una Autoridad Regulatoria Nuclear (ARN) independiente de
los operadores y promotores privados y públicos de la energía nuclear, que
vele por la seguridad del público y de sus bienes.
En Chile lo optimo seria que la forma de propiedad de las centrales
nucleares fuera operada por una empresa estatal debido a los altos
intereses geopolíticos, productivos que implica la energía en nuestro país
carente de combustibles fósiles distintos al carbón, y por otra parte una
ventaja de la presencia estatal es el acceso a créditos de menor riesgo,
que reducen el costo de la generación.

4.- METODOLOGÍA USADA

El presente informe fue realizado a través de la revisión bibliográfica
exhaustiva de la Web, consulta a expertos y revisión de documentos.



5.- CONCLUSIONES

La Instalación de un proyecto de energía de fusión nuclear en Chile se
ve en el muy largo plazo, obligara al estado a establecer una política
de estado con respecto al tema energético, el cual este normado por
ley y respaldado constitucionalmente.
El estado en un escenario de escasez de fuentes energéticas acordes
con el desarrollo del país tendrá que jugar el rol de subvencionador
de esta energía costeando los gastos de instalación de la planta de
producción y siendo el operador de las plantas energéticas.
Desde el punto de vista ambiental la energía de fusión seria un aporte
en la disminución de las emisiones locales de CO2, Gases de Efecto
Invernadero (GEI) y las descargas térmicas al medio ambiente.
En un muy largo plazo (100 años) se esperan que se exista y se abarate
el coste de la implementación de la tecnología, la fusión nuclear será
para el país un sistemas energético de bajo costo y bajas emisiones.
Lo primero permitirá a los productores la viabilidad económica con
márgenes en sus operaciones. Lo segundo permitirá a la sociedad asumir
su responsabilidad en la reducción de las emisiones de GEI.
La energía nucleoeléctrica fortalece la estabilidad geopolítica del
país.
La Instauración de núcleo electricidad en Chile, obligaría a la
creación de una Nuclear Energy Act y su objetivo es guiar el
desarrollo nuclear según los intereses permanentes de la nación.
La instalación de energía nucleoeléctrica traerá la necesidad del
establecimiento de una Autoridad Regulatoria Nuclear (ARN)
independiente de los operadores y promotores privados y públicos de la
energía nuclear, que vele por la seguridad del público y de sus
bienes.

6.- BIBLIOGRAFÍA

"The Tokamak Approach in Fusion Research", B. Coopi y J.
Rem, Scientific American, julio 1972, p. 65.
"Fusion Power with Particle Beams", G. Yonas, Scientific American,
noviembre de 1978, p 50.
"Progress Toward a Tokamak Fusion Reactor", J G. Cordey, R. J.
Goldston y R. R. Parker,Physics Today, enero de 1992, p. 22.
"La fusion nucléaire Contrôlée, P.-H. Rebut y J. Gambier, La
Recherche, abril de 1992, p. 436.
La Opción Núcleo-Eléctrica en Chile, Informe del Grupo de Trabajo en
Núcleoelectricidad. Gobierno de Chile, 2007.
Escenarios Energeticos de Chile 2030, Fundación Chile, 2013.
Estudio "Análisis Relativo de Impactos y Riesgos de la Generación
Núcleo Eléctrica" , Comision Nacional de Energía de Chile , 2009.

7.- ANEXOS
7.1- CARTA DE INTERES


7.2- TERMINOS TECNICOS

MeV: es un millón de electron-volls (eV), keV es mil eV, y 1 eV equivale a
la energía que adquiere un electrón al colocarlo en un potencial de un
volt. Numéricamente 1 eV = 1.6 x 10-19 Joules.

Isótopos: Se llama isótopos a los átomos que tienen el mismo número de
protones que un cierto elemento pero distinto de neutrones

Efecto túnel: El efecto túnel es un efecto mecanocuántico que consiste en
que una partícula pueda atravesar una barrera de potencial sin tener
energía suficiente para rebasarla por encima (en el sentido clásico),
debido a que la probabilidad de que la partícula se encuentre al otro lado
de la barrera es no nula. Es un fenómeno que no presenta analogía fuera de
la mecánica cuántica, (parte de la mecánica que se encarga del estudio y
teorización del comportamiento de partículas y sistemas microscópicos). La
única manera de explicar este efecto es apoyándose en la naturaleza dual
que parece presentar la materia, a este tamaño. Las partículas parecen
comportarse, indistintamente, como ondas o como partículas (dualidad onda-
corpúsculo) frente a determinadas condiciones de contorno, (restricciones
que se imponen a un sistema en un determinado experimento). Esta naturaleza
tan extraña para nosotros, puesto que en nuestro mundo macroscópico no
observamos nada similar, es la que, por ejemplo, impide establecer con
exactitud la posición y el momento de una partícula al mismo tiempo
(principio de incertidumbre de Heisenberg). 

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA
DIPLOMADO EN TECNOLOGIA NUCLEAR



SEMINARIO DE DIPLOMADO

TEMA: APLICACIÓN DE LA ENERGIA DE FUSIÓN NUCLEAR EN CHILE, E IMPACTOS EN LA
MATRIZ ENERGÉTICA NACIONAL





Alumna: Eduardo Mario Mera Garrido
Profesor Guía: Rafael Correa Devés



V 3.0

Fecha de Entrega: 22 de Mayo de 2014