Fusión nuclear y nuevos reactores

Fusión nuclear y nuevos reactores
- Fundamentos de la fusión
  - La fusión nuclear se basa en la propiedad de que los núcleos ligeros, como el hidrógeno y sus isótopos, tienen una energía de enlace por nucleón menor que los núcleos de masa intermedia, como el helio.
  - Al fusionarse, parte de la masa total se convierte en energía, que se libera en forma de energía cinética de las partículas resultantes.
  - La reacción más accesible con la tecnología actual es la deuterio tritio, en la que un núcleo de deuterio se combina con uno de tritio para formar helio 4 y un neutrón de alta energía, liberando 17,6 MeV por reacción (https://www.world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/nuclear-fusion-power).
  - En el interior de las estrellas, la fusión ocurre gracias a la enorme presión gravitatoria y a temperaturas de varios millones de grados.
  - En la Tierra, al no disponerse de esa gravedad, es necesario alcanzar temperaturas superiores a los 100 millones de grados Celsius para que una fracción significativa de los núcleos tenga energía suficiente para superar la barrera de repulsión eléctrica.
  - En ese régimen, los electrones quedan libres y la materia adopta el estado de plasma, un gas ionizado con propiedades colectivas gobernadas por campos eléctricos y magnéticos (https://www.iaea.org/es/energia-de-fusion/que-es-la-fusion-y-por-que-es-tan-dificil-de-lograr).
  - El criterio de Lawson establece que la viabilidad de la fusión depende del producto de densidad de partículas, temperatura y tiempo de confinamiento del plasma.
  - Si este producto supera un valor umbral, la potencia generada por fusión puede igualar o superar la potencia necesaria para calentar el plasma.
  - El factor de ganancia Q cuantifica esta relación entre potencia generada y potencia inyectada.
  - Un reactor de demostración como ITER se propone alcanzar un Q de al menos 10 durante pulsos sostenidos, lo que significaría que el plasma se calienta en buena medida por las partículas alfa producidas en la propia fusión (https://www.iaea.org/es/energia-de-fusion/iter-el-experimento-de-fusion-mas-grande-del-mundo).
  - Definición de fusión nuclear
    - Definición de fusión nuclear describe la unión de núcleos atómicos ligeros para formar otros más pesados, liberando gran cantidad de energía mediante la conversión parcial de masa en calor útil.
  - Comparación con fisión nuclear
    - Fisión de núcleos pesados se refiere a la ruptura controlada de núcleos como el uranio 235 en fragmentos más ligeros, proceso que libera neutrones y gran cantidad de energía térmica.
    - Fusión de núcleos ligeros implica combinar isótopos de hidrógeno como deuterio y tritio para formar helio, generando energía principalmente en forma de partículas rápidas y calor sin reacción en cadena crítica.
    - Diferencias en residuos y riesgos resaltan que la fusión genera materiales activados de vida más corta, mientras la fisión produce combustible gastado de larga vida y exige gestión geológica estricta.
  - Estado de plasma
    - Gas ionizado de alta temperatura describe el estado de plasma en el que electrones y núcleos quedan separados, permitiendo que el combustible de fusión responda colectivamente a campos eléctricos y magnéticos.
    - Respuesta a campos magnéticos resume cómo las partículas cargadas del plasma siguen líneas de campo, lo que permite confinarlas en configuraciones toroidales y reducir las pérdidas de energía hacia las paredes.
  - Condiciones para la fusión
    - Temperaturas superiores a 100 millones K son necesarias para que una fracción suficiente de núcleos de deuterio y tritio supere la repulsión eléctrica y logre tasas significativas de reacciones de fusión controlada.
    - Alta densidad de partículas aumenta la probabilidad de colisiones entre núcleos ligeros en el plasma, favoreciendo que el número de reacciones de fusión por unidad de volumen sea suficiente para generar potencia útil.
    - Tiempo de confinamiento suficiente indica que el plasma debe mantenerse aislado del entorno el intervalo necesario para que el calor generado por fusión compense las pérdidas y se alcance un balance energético favorable.
  - Criterio de Lawson y Q
    - Producto densidad tiempo temperatura define el criterio de Lawson, según el cual solo si el producto de esos parámetros supera un umbral, la potencia de fusión iguala o supera la potencia de calentamiento externo.
    - Definición de factor Q establece la relación entre la potencia producida por las reacciones de fusión en el plasma y la potencia inyectada para calentarlo, indicador clave del rendimiento de un experimento o reactor.
    - Ignición y autosostenimiento describen el régimen en el que el propio calentamiento por partículas alfa mantiene la temperatura del plasma, reduciendo la necesidad de aporte externo y acercando la operación a una planta práctica.
- Combustibles y ciclos de fusión
  - El deuterio es un isótopo estable del hidrógeno que se encuentra en el agua de mar con una concentración de unas decenas de gramos por metro cúbico.
  - La cantidad total accesible es tan grande que, incluso si la fusión se convirtiera en una fuente dominante de energía, el recurso sería prácticamente inagotable a escala de millones de años (https://www.world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/nuclear-fusion-power).
  - El tritio, en cambio, es un isótopo radiactivo con vida media de unos 12 años, casi inexistente de forma natural, por lo que debe generarse artificialmente.
  - La estrategia de los reactores de fusión D T es incorporar un manto alrededor del plasma que contenga litio en forma de sólidos cerámicos o de mezclas líquidas litio plomo.
  - Los neutrones de 14 MeV producidos en la reacción de fusión penetran en el manto y son absorbidos por el litio, generando tritio y helio.
  - El diseño debe asegurar un índice de reproducción de tritio superior a la unidad, de modo que se produzca más tritio del que consume el reactor, compensando pérdidas y decaimiento.
  - Además de producir combustible, el manto tiene una función térmica: absorber la energía de los neutrones y transferirla a un refrigerante que alimenta un ciclo de vapor o de gas, similar al de una central térmica o nuclear convencional.
  - Se estudian refrigerantes como agua a alta presión, helio, y eutécticos de litio plomo, cada uno con ventajas distintas en materia de transferencia de calor, compatibilidad química y respuesta ante accidentes.
  - En la fase de transición, el tritio adicional podría producirse en reactores de fisión o mediante irradiación de litio en instalaciones específicas.
  - El manejo del tritio plantea desafíos de seguridad y diseño, porque se trata de un emisor beta de baja energía que se difunde con facilidad y se incorpora al agua.
  - Deuterio como recurso abundante
    - Presencia en agua de mar destaca que el deuterio está disponible en grandes cantidades disuelto en los océanos, lo que convierte su suministro en prácticamente inagotable incluso para un sistema energético global basado en fusión.
    - Extracción económicamente viable señala que las tecnologías para separar deuterio del agua pesada ya existen en la industria, y podrían escalarse para abastecer de combustible a futuras centrales de fusión a costes asumibles.
  - Tritio y su producción
    - Radiactividad y vida media explican que el tritio es un emisor beta de baja energía con vida media de unos doce años, cuyas propiedades exigen precauciones específicas de manejo, almacenamiento y control ambiental.
    - Producción en mantos de litio describe cómo los neutrones de alta energía generados en el plasma reaccionan con litio sólido o líquido alrededor del reactor, transformándolo en tritio que alimenta de nuevo el ciclo de combustible.
    - Apoyo inicial con fisión contempla que, durante las primeras décadas de la fusión comercial, parte del tritio necesario podría producirse en reactores de fisión o instalaciones dedicadas que irradien litio bajo flujos intensos de neutrones.
  - Mantos tritigénicos
    - Conversión de neutrones en tritio resume la función principal de los mantos tritigénicos, donde los neutrones rápidos se ralentizan y capturan en núcleos de litio, generando átomos de tritio recuperables para cerrar el ciclo del combustible.
    - Captura y extracción de calor enfatiza que el manto no solo genera tritio, sino que absorbe la energía de los neutrones y la transfiere a un refrigerante, permitiendo alimentar ciclos de vapor o gas para producir electricidad.
    - Espesor y diseño del manto requieren equilibrar la reproducción suficiente de tritio, la eficiencia en la extracción de calor y las limitaciones estructurales, lo que conduce a estructuras complejas de alrededor de un metro de grosor.
  - Gestión del tritio
    - Control de fugas y emisiones se centra en minimizar la liberación de tritio al entorno mediante sistemas de contención, monitoreo permanente y procedimientos de recuperación que mantengan las descargas muy por debajo de límites regulatorios.
    - Sistemas de recuperación abarcan tecnologías de separación, purificación y almacenamiento diseñadas para capturar tritio de gases, líquidos y superficies de planta, reduciendo pérdidas, reciclándolo al circuito de combustible y limitando su inventario activo.
- Tecnologías de fusión
  - En la fusión por confinamiento magnético, el dispositivo de referencia es el tokamak.
  - Se trata de una cámara toroidal rodeada de bobinas magnéticas que generan un intenso campo toroidal, al que se suma un campo poloidal inducido por una corriente en el propio plasma.
  - El resultado es un campo helicoidal que confina las partículas cargadas lejos de las paredes.
  - El plasma se calienta mediante inducción, inyección de haces neutros de alta energía y ondas de radiofrecuencia.
  - Los tokamaks han logrado hasta ahora los mejores resultados de confinamiento y densidad de potencia de fusión, pero sufren problemas de estabilidad, como las disrupciones, que pueden generar esfuerzos térmicos y mecánicos importantes en la estructura (https://www.world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/nuclear-fusion-power).
  - Los estelaradores persiguen el mismo objetivo de confinamiento, pero generan el campo helicoidal únicamente con bobinas externas de geometría compleja, sin necesidad de mantener una gran corriente en el plasma.
  - Esto mejora la estabilidad y permite, en principio, operación continua, lo que resulta atractivo para una futura planta eléctrica.
  - El precio es un diseño magnético mucho más complicado y exigencias de fabricación muy altas.
  - Otros conceptos de confinamiento magnético incluyen los dispositivos de campo inverso, RFP, y las máquinas de espejo, en las que el campo magnético se intensifica en los extremos para reflejar las partículas cargadas.
  - Aunque han tenido un papel más limitado que los tokamaks y estelaradores, aportan información valiosa sobre la física de plasmas y posibles vías alternativas.
  - Confinamiento magnético
    - Ventajas del confinamiento estable resaltan que configuraciones magnéticas bien diseñadas permiten mantener el plasma lejos de las paredes, reduciendo daños materiales, mejorando la eficiencia energética y acercando la operación continua en una futura central.
    - Desafíos de estabilidad MHD describen cómo modos inestables del plasma pueden degradar el confinamiento o provocar disrupciones, exigiendo diagnósticos avanzados, algoritmos de control en tiempo real y actuadores capaces de mitigar estas perturbaciones.
  - Tokamaks
    - Cámara toroidal de vacío caracteriza al tokamak como un recipiente en forma de rosquilla donde se aloja el plasma de fusión, rodeado de bobinas magnéticas y sistemas de calentamiento que crean el entorno necesario para el confinamiento magnético.
    - Bobinas superconductoras externas generan campos magnéticos intensos y estables alrededor del tokamak, reduciendo el consumo eléctrico y permitiendo alcanzar las configuraciones de campo toroidal requeridas para confinar plasmas muy calientes durante largos periodos.
    - Corriente de plasma inducida recorre el interior del tokamak como si fuera el secundario de un transformador, proporcionando calentamiento resistivo inicial y contribuyendo al campo poloidal que, junto al toroidal, forma trayectorias helicoidales de confinamiento.
    - Riesgo de disrupciones alude a eventos repentinos en los que el plasma pierde su estabilidad y energía, generando cargas térmicas y mecánicas sobre las estructuras, por lo que requieren estrategias activas de predicción, mitigación y diseño robusto.
  - Estelaradores
    - Campo helicoidal fijo define a los estelaradores, donde el retorcimiento del campo magnético se logra exclusivamente con bobinas externas tridimensionales, evitando grandes corrientes de plasma y mejorando la estabilidad intrínseca del confinamiento.
    - Operación continua potencial señala que los estelaradores, al no depender de corrientes inducidas, pueden aspirar a funcionar en régimen casi estacionario, característica atractiva para plantas eléctricas que deban suministrar potencia constante a la red.
    - Complejidad geométrica de bobinas refleja que los estelaradores exigen estructuras magnéticas de formas muy elaboradas y tolerancias estrictas, lo que plantea retos de diseño, fabricación e instalación, aunque abre la puerta a configuraciones optimizadas por supercómputo.
  - Confinamiento inercial
    - Cápsulas de combustible D T son pequeñas esferas o cilindros que contienen deuterio y tritio congelados, diseñadas para implosionar simétricamente bajo la acción de láseres o haces de partículas y alcanzar condiciones extremas de densidad y temperatura.
    - Compresión láser o de partículas describe el esquema de confinamiento inercial en el que múltiples haces convergen sobre la cápsula, vaporizan su superficie y generan una implosión que comprime el combustible hacia el centro en tiempos extremadamente breves.
    - Ignición en pulsos breves resume cómo la fusión por confinamiento inercial persigue liberar grandes cantidades de energía en eventos muy cortos, repitiendo disparos a alta frecuencia para lograr, en conjunto, una potencia media útil para generación eléctrica.
  - Fusión magneto inercial
    - Plasmas pre magnetizados se emplean en conceptos de fusión magneto inercial para reducir las pérdidas de calor durante la compresión, combinando campos magnéticos y fuerzas inerciales de manera que se prolongue el tiempo efectivo de confinamiento del combustible.
    - Compresión mediante liners alude al uso de cilindros conductores, a veces metálicos y a veces formados por plasma, que se aceleran hacia adentro por fuerzas electromagnéticas, atrapando y comprimiendo el plasma magnetizado hasta alcanzar condiciones de fusión.
  - Conceptos Z pinch
    - Corriente intensa en plasma es característica de los dispositivos Z pinch, donde una fuerte corriente axial genera un campo magnético circunferencial que comprime el propio plasma, aunque la estabilidad de esta configuración plantea retos significativos.
    - Generación de rayos X en esquemas Z pinch ocurre cuando la compresión violenta del plasma produce radiación intensa, capaz de servir como fuente indirecta para implosionar blancos de combustible y explorar rutas alternativas de confinamiento inercial.
  - Híbridos fusión fisión
    - Manto subcrítico fisible describe los sistemas híbridos fusión fisión, donde un núcleo de fusión proporciona neutrones adicionales a un volumen de material fisible que se mantiene por debajo de criticidad, aumentando la producción de energía sin reacción autosostenida.
    - Producción adicional de neutrones en híbridos fusión fisión permitiría alimentar ciclos de combustible avanzados, generar material para reactores rápidos o mejorar la quema de actínidos, a la vez que se aprovecha la potencia térmica emitida por el manto.
    - Posible transmutación de residuos plantea utilizar la elevada fluencia de neutrones de un sistema híbrido para transformar radionúclidos de vida muy larga en especies más estables o de menor vida media, reduciendo el volumen y la peligrosidad del inventario final.
- Proyectos y programas clave
  - ITER es un tokamak de gran tamaño, con unas 23 000 toneladas y cerca de 30 metros de altura, que se construye en un sitio de 180 hectáreas en el sur de Francia.
  - Su objetivo principal es demostrar que la fusión puede producir mucha más energía de la que se suministra al plasma, y validar tecnologías necesarias para una central eléctrica, como los mantos tritigénicos y los sistemas de extracción de calor (https://www.iaea.org/es/energia-de-fusion/iter-el-experimento-de-fusion-mas-grande-del-mundo).
  - El esquema de operación de ITER prevé etapas sucesivas, empezando por plasmas de hidrógeno y helio para ajustar el control, seguidas por campañas con deuterio y finalmente con mezcla deuterio tritio.
  - Se aspira a producir 500 megavatios de potencia de fusión con unos 50 megavatios de potencia de calentamiento durante pulsos de 5 a 10 minutos, alcanzando un valor Q igual o superior a 10.
  - Asimismo, se busca estudiar regímenes en los que el plasma se autosostenga con Q en torno a 5 durante periodos más largos, condición esencial para futuras plantas eléctricas.
  - La central de demostración de fusión, DEMO, está concebida como sucesora de ITER y primera instalación capaz de entregar electricidad a la red de forma continua.
  - Según estimaciones iniciales, DEMO deberá tener dimensiones lineales aproximadamente un 15 por ciento mayores que ITER y una densidad de plasma casi un 30 por ciento superior, para producir un flujo de energía suficiente para la conversión eléctrica a gran escala (https://www.iaea.org/es/temas/fusion).
  - Aunque existen múltiples conceptos de DEMO en estudio, comparten la idea de operar en regímenes de encendido parcial, con una contribución significativa del calentamiento propio por partículas alfa.
  - La Instalación Internacional de Irradiación de Materiales de Fusión, IFMIF, se proyecta como una fuente de neutrones de alta intensidad con espectro similar al de los neutrones de fusión de 14 MeV.
  - Su función sería ensayar y calificar materiales estructurales y de manto bajo condiciones representativas de una planta de fusión, algo que no puede lograrse con fuentes de neutrones de fisión convencionales (https://www.iaea.org/es/temas/fusion).
  - ITER
    - Tokamak internacional gigante se refiere a ITER, una instalación de varios decenios de construcción y participación global cuyo objetivo es demostrar un salto significativo en ganancia energética y validar tecnologías clave para futuras centrales de fusión.
    - Objetivo Q mayor o igual a 10 resume la meta de ITER de generar alrededor de quinientos megavatios de potencia de fusión a partir de unos cincuenta megavatios de calentamiento externo, mostrando que el plasma puede autosostener buena parte de su energía.
    - Pulsos de varios minutos describen el régimen operativo previsto para ITER, donde descargas prolongadas permiten estudiar en detalle el comportamiento del plasma, el rendimiento de los mantos tritigénicos y la respuesta de los sistemas de extracción de calor.
  - DEMO
    - Prototipo de central eléctrica caracteriza a DEMO como sucesor de ITER, concebido para entregar electricidad a la red de forma casi continua y demostrar que la fusión puede integrarse industrialmente en el sistema energético con niveles de potencia comerciales.
    - Operación casi continua implica que DEMO deberá alcanzar regímenes estacionarios o de pulsos muy largos, apoyándose en calentamiento propio por partículas alfa y en tecnologías robustas de materiales, mantos y refrigeración para funcionar como planta de referencia.
  - IFMIF
    - Fuente intensa de neutrones describe la misión de IFMIF, una instalación capaz de reproducir el espectro de neutrones de fusión para irradiar materiales candidatos, medir su degradación y seleccionar aquellos aptos para soportar décadas de operación en reactores.
    - Ensayo de materiales estructurales en IFMIF permitirá evaluar cómo se comportan aceros y aleaciones avanzadas bajo altas dosis de radiación y daños por desplazamiento atómico, información esencial para diseñar componentes internos seguros y duraderos.
  - National Ignition Facility
    - Instalación láser de confinamiento inercial designa al National Ignition Facility, donde cientos de haces de alta potencia se coordinan con precisión sobre blancos diminutos para estudiar la ignición y avanzar hacia posibles aplicaciones energéticas de la fusión.
  - Rol del OIEA
    - Conferencias de energía de fusión son organizadas por el OIEA cada dos años para compartir resultados, coordinar esfuerzos internacionales y actualizar las prioridades científicas y tecnológicas asociadas al desarrollo de la energía de fusión controlada.
    - Revista Nuclear Fusion
    - Redes y bases de datos reflejan la labor del OIEA al mantener repositorios de información, códigos de referencia y plataformas de colaboración que facilitan el intercambio de conocimientos entre laboratorios, universidades y programas nacionales de fusión.
  - Iniciativas privadas y nacionales
    - Startups de fusión compacta exploran diseños como tokamaks pequeños con imanes superconductores de alta temperatura o configuraciones alternativas, apoyadas por capital privado que busca acelerar la comercialización de la fusión con plazos más cortos y costes menores.
    - Programas públicos de I D abarcan las iniciativas gubernamentales que financian laboratorios, prototipos y colaboraciones internacionales en física de plasmas, materiales y tecnologías de reactor, asegurando continuidad a largo plazo más allá de ciclos políticos.
- Reactores nucleares de fisión
  - Los reactores nucleares de potencia actuales se basan en la fisión de núcleos pesados, principalmente uranio 235, en un núcleo donde se mantiene una reacción en cadena controlada.
  - La energía liberada en cada fisión, unos 200 MeV, se convierte en calor que se transfiere a un refrigerante, habitualmente agua ligera, que a su vez produce vapor para accionar turbinas eléctricas.
  - Los diseños comerciales se agrupan en varias familias, con dos tipos dominantes: el reactor de agua a presión, PWR, y el reactor de agua en ebullición, BWR (https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-power-reactors/overview/nuclear-power-reactors).
  - En los PWR, el agua actúa simultáneamente como refrigerante y moderador, circulando por el núcleo a alta presión, por encima de 150 atmósferas, para evitar su ebullición.
  - El calor se transfiere a un circuito secundario mediante generadores de vapor, en el que se produce vapor para la turbina.
  - En los BWR, el agua hierve directamente en el núcleo y el vapor generado se conduce a la turbina, simplificando el diseño pero requiriendo blindajes y procedimientos específicos, ya que el circuito de vapor contiene trazas de radionúclidos.
  - Otros tipos incluyen los reactores de agua pesada a presión, como los CANDU, que utilizan agua pesada como moderador y pueden operar con uranio natural, así como reactores refrigerados por gas, como los AGR, y reactores rápidos refrigerados por sodio, plomo o compuestos de sodio potasio.
  - En los reactores rápidos, la ausencia de moderador permite aprovechar mejor el uranio 238, produciendo y fisiónando plutonio y otros actínidos, con potencial para cerrar el ciclo de combustible y reducir el inventario de residuos de larga vida.
  - Los llamados reactores de Generación III plus incorporan características de seguridad pasiva, como sistemas de enfriamiento que dependen de la convección natural y la gravedad, y estructuras de contención reforzadas.
  - Buscan reducir la probabilidad de daño al núcleo incluso en situaciones extremas, simplificar la operación y prolongar la vida útil de los componentes.
  - Reactores de agua ligera PWR
    - Agua como moderador y refrigerante describe a los reactores PWR, donde el agua ligera a alta presión ralentiza los neutrones y extrae el calor del núcleo, actuando como medio clave tanto para la física del reactor como para la generación de vapor.
    - Generadores de vapor secundarios son intercambiadores en los PWR que transfieren el calor del circuito primario radiactivo a un circuito secundario limpio, donde se produce el vapor que impulsa la turbina, mejorando la separación entre núcleo y parte convencional.
  - Reactores BWR
    - Ebullición en el núcleo caracteriza a los reactores BWR, en los que el agua hierve directamente en el vaso del reactor y el vapor resultante se conduce sin intermediarios a la turbina, simplificando equipos pero exigiendo diseños de contención específicos.
    - Vapor radiactivo hasta turbina indica que en un BWR el vapor contiene trazas de radionúclidos procedentes del núcleo, lo que requiere blindajes adicionales, sistemas de descontaminación y procedimientos operativos cuidadosos en la isla convencional de la planta.
  - Reactores de agua pesada
    - Moderador de agua pesada se refiere a diseños como CANDU, donde el uso de óxido de deuterio permite frenar neutrones de forma eficiente, posibilitando operar con uranio natural y ofreciendo flexibilidad para diversos ciclos de combustible nuclear.
    - Uso de uranio natural resalta que ciertos reactores de agua pesada pueden prescindir de grandes instalaciones de enriquecimiento, aprovechando directamente el uranio tal como se extrae y abriendo opciones para combustibles reutilizados o mezclas con torio.
  - Reactores rápidos
    - Ausencia de moderador distingue a los reactores rápidos, en los que los neutrones se mantienen a altas energías, permitiendo fisionar plutonio y otros actínidos y configurando sistemas que pueden actuar como reproductores de nuevo combustible nuclear.
    - Mejor aprovechamiento del uranio señala que los reactores rápidos pueden utilizar de manera más completa el uranio 238 presente en el combustible, extendiendo los recursos disponibles y reduciendo la cantidad de residuos por unidad de electricidad generada.
    - Complejidad de diseño y seguridad subraya que los reactores rápidos, especialmente los refrigerados por sodio o plomo, requieren resolver retos de corrosión, interacción químicamente reactiva del refrigerante y comportamiento en accidentes para alcanzar aceptación regulatoria.
  - Generación III plus
    - Sistemas de seguridad pasiva son características de los reactores de Generación III plus que aprovechan fenómenos naturales como la convección y la gravedad para evacuar calor en caso de fallo, reduciendo la dependencia de sistemas activos y del suministro eléctrico externo.
    - Contención reforzada implica estructuras de hormigón y acero mejoradas, diseñadas para soportar eventos extremos y minimizar la liberación de materiales radiactivos, contribuyendo a que las nuevas centrales de fisión ofrezcan márgenes de seguridad superiores a generaciones anteriores.
  - Pequeños reactores modulares SMR
    - Potencia unitaria reducida define a los pequeños reactores modulares, pensados para producir menos de unos cientos de megavatios eléctricos, lo que facilita su integración en redes más pequeñas y su combinación en configuraciones escalables según la demanda.
    - Fabricación en fábrica enfatiza que los SMR se diseñan para construirse en serie en instalaciones industriales, transportar los módulos terminados al emplazamiento y reducir costes, plazos de obra y riesgos asociados a grandes proyectos nucleares únicos.
    - Aplicaciones en redes aisladas muestran que los SMR pueden suministrar electricidad y calor a regiones remotas, sistemas insulares o emplazamientos industriales específicos, ofreciendo una alternativa baja en carbono donde las grandes centrales convencionales no son viables.
- Ventajas y oportunidades
  - Bajas emisiones de carbono
    - Ausencia de CO2 en operación destaca que tanto la fusión como los nuevos reactores de fisión generan electricidad sin emitir gases de efecto invernadero durante el funcionamiento, contribuyendo a estrategias de descarbonización profunda del sistema eléctrico.
  - Alta densidad energética
    - Alta densidad energética resalta que unos pocos gramos de combustible de fusión o fisión pueden equivaler a toneladas de combustibles fósiles, lo que reduce necesidades de transporte, almacenamiento y superficie ocupada para producir grandes cantidades de energía.
  - Seguridad intrínseca en fusión
    - Seguridad intrínseca en fusión se basa en que el plasma requiere condiciones muy estrictas para mantenerse; cualquier perturbación tiende a apagar la reacción, evitando escenarios de criticidad descontrolada y limitando la cantidad de energía almacenada en el núcleo.
  - Uso industrial del calor nuclear
    - Producción de hidrógeno aprovecha el calor de alta temperatura de reactores avanzados para alimentar procesos termoquímicos o electrólisis de alta eficiencia, permitiendo obtener hidrógeno bajo en carbono como vector energético y materia prima industrial.
    - Proceso químico de alta temperatura indica que el calor nuclear puede utilizarse en aplicaciones industriales exigentes, como síntesis de combustibles, refinado o producción de amoníaco, sustituyendo calderas fósiles y reduciendo emisiones en sectores difíciles de electrificar.
  - Complementariedad con renovables
    - Potencia firme para respaldo señala que la nuclear puede proporcionar generación continua y controlable que complemente a la solar y eólica, reduciendo la necesidad de almacenamiento prolongado y mejorando la estabilidad global del sistema eléctrico.
    - Servicios de estabilidad de red subrayan que las centrales nucleares pueden ofrecer inercia, control de frecuencia y regulación de tensión, funciones esenciales para mantener la calidad del suministro en sistemas con alta penetración de renovables variables.
- Riesgos y desafíos
  - Los avances científicos de las últimas décadas han acercado la fusión controlada al umbral de la viabilidad, pero quedan importantes retos.
  - En los tokamaks, el control de disrupciones, modos magnetohidrodinámicos y fenómenos en el borde del plasma exige complejos sistemas de diagnóstico, actuadores de precisión y algoritmos de control avanzados.
  - Los materiales en contacto con el plasma y expuestos a neutrones de alta energía deben resistir daños por desplazamiento atómico, hinchamiento, fragilización y transmutación, manteniendo a la vez propiedades mecánicas adecuadas y compatibilidad con el refrigerante (https://www.world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/nuclear-fusion-power).
  - El diseño de mantos tritigénicos combina desafíos de física de neutrones, ingeniería térmica, química del litio y gestión de tritio.
  - Lograr un índice de reproducción de tritio superior a uno con márgenes de seguridad requiere optimizar geometrías, materiales y espesores, típicamente en torno al metro, lo que afecta al rendimiento global de la planta.
  - A ello se suman cuestiones de licenciamiento, ya que los marcos regulatorios existentes se han desarrollado en torno a la fisión y solo recientemente comienzan a incorporarse criterios específicos para la fusión (https://www.iaea.org/es/newscenter/news/energia-de-fusion-en-2025-seis-tendencias-mundiales-para-contemplar).
  - En el plano económico, las instalaciones de fusión de gran tamaño implican inversiones iniciales muy elevadas, horizontes de construcción largos y riesgos tecnológicos que pueden dificultar la financiación.
  - Será crucial reducir complejidad, introducir modularidad y aprovechar economías de escala en la fabricación de componentes clave, como imanes superconductores de alta temperatura, que a su vez están transformando el diseño de máquinas más compactas.
  - Los nuevos reactores de fisión también enfrentan desafíos.
  - El historial de sobrecostes y retrasos de algunas plantas de gran potencia ha generado cautela entre inversores y reguladores.
  - Desafíos de ingeniería en fusión
    - Control de disrupciones resume uno de los retos críticos de los tokamaks, donde se desarrollan sensores, modelos predictivos y actuadores rápidos para anticipar y mitigar eventos que podrían dañar componentes internos o interrumpir bruscamente el funcionamiento del plasma.
    - Desarrollo de materiales resistentes se orienta a crear aleaciones capaces de soportar flujos intensos de neutrones, altas temperaturas y gradientes térmicos, manteniendo su integridad mecánica y química durante décadas de operación en condiciones extremas.
  - Gestión del tritio
    - Difusión y permeación describen cómo el tritio puede atravesar materiales y mezclarse con agua o gases, por lo que se necesitan barreras específicas, recubrimientos y protocolos de vigilancia que limiten su migración y garanticen la protección radiológica.
    - Requisitos de contención fijan límites estrictos a la cantidad de tritio que puede liberarse, impulsando diseños de sistemas cerrados, redundancias en el confinamiento y estrategias de recuperación que mantengan el inventario bajo control en todo momento.
  - Residuos de fisión
    - Combustible gastado de larga vida se refiere al principal residuo de la fisión, un material altamente radiactivo que contiene actínidos y productos de fisión y requiere soluciones de almacenamiento y disposición geológica profundas durante muchos miles de años.
  - Costes de capital elevados
    - Riesgos de construcción y plazos recuerdan que grandes proyectos nucleares pueden sufrir sobrecostes y retrasos, incrementando el coste de capital y la percepción de riesgo financiero, por lo que se buscan diseños más simples, modulares y predecibles.
  - Aceptación social y percepción del riesgo
    - Impacto de accidentes históricos muestra cómo eventos como Chernóbil y Fukushima han marcado la percepción pública del riesgo nuclear, influyendo en decisiones políticas y subrayando la importancia de mejorar continuamente el diseño y la gestión de seguridad.
    - Necesidad de transparencia enfatiza que la aceptación social de nuevas instalaciones nucleares requiere información clara, participación de las comunidades y mecanismos de supervisión independiente que generen confianza en la gestión de riesgos y beneficios.
- Cronología y evolución
  - La comprensión teórica de la fusión nuclear se consolidó en la década de 1930, cuando se identificó la fusión de núcleos ligeros como fuente de energía de las estrellas.
  - A partir de mediados del siglo XX, varios países iniciaron programas de fusión con fines energéticos, inicialmente bajo fuerte secreto debido a su relación con las armas termonucleares.
  - La conferencia de Ginebra de 1958 sobre usos pacíficos de la energía atómica marcó un punto de inflexión al abrir estos programas a la comunidad científica internacional (https://www.iaea.org/es/energia-de-fusion/que-es-la-fusion-y-por-que-es-tan-dificil-de-lograr).
  - En los años cincuenta se desarrollaron los primeros dispositivos de confinamiento magnético, incluidos los estelaradores de Lyman Spitzer en Princeton.
  - En los sesenta y setenta, los tokamaks soviéticos demostraron mejoras significativas en el confinamiento, lo que llevó a que la fusión se convirtiera en una empresa de gran ciencia, con instalaciones cada vez más grandes y costosas (https://www.world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/nuclear-fusion-power).
  - El Organismo Internacional de Energía Atómica lanzó en 1960 la revista Nuclear Fusion y, poco después, una serie de conferencias internacionales de energía de fusión, que desde 1974 se celebran con periodicidad bienal (https://www.iaea.org/es/temas/fusion).
  - Tras décadas de negociaciones, el acuerdo para construir ITER se firmó en la primera década del siglo XXI, estableciendo un proyecto conjunto de gran envergadura en Francia.
  - En paralelo, la energía nuclear de fisión vivió un rápido despliegue comercial desde los años sesenta, alcanzando cientos de reactores operativos en las décadas siguientes.
  - Tras la consolidación de diseños de segunda generación, se desarrollaron reactores de tercera generación con mejoras de seguridad, y se detalla una hoja de ruta hacia conceptos más avanzados.
  - En algunos países, cambios políticos han llevado a moratorias o planes de cierre, mientras otros han reforzado o relanzado sus programas de construcción (https://www.world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/plans-for-new-reactors-worldwide, https://www.world-nuclear.org/information-library/country-profiles/countries-o-s/spain).
  - Década de 1930
    - Identificación de la fusión estelar ocurrió en la década de 1930, cuando se comprendió que la energía del Sol y otras estrellas procede de la fusión de núcleos ligeros, sentando las bases teóricas de los programas de fusión controlada.
  - Años 1950 1960
    - Años 1950 1960 fueron testigo del desarrollo de los primeros dispositivos de confinamiento magnético, incluidos estelaradores y tokamaks iniciales, que transformaron la fusión en un campo experimental de gran escala a nivel internacional.
    - Programas de fusión clasificados caracterizaron los inicios de la investigación, estrechamente ligada a aplicaciones militares y mantenida en secreto hasta que las conferencias internacionales sobre usos pacíficos de la energía atómica abrieron progresivamente la información.
  - Conferencia de Ginebra 1958
    - Apertura de la investigación en fusión se consolidó con la conferencia de Ginebra de 1958, que permitió compartir resultados entre países, acelerar el progreso científico y establecer una comunidad internacional dedicada al uso pacífico de la energía nuclear.
  - Gran ciencia de fusión
    - Gran ciencia de fusión alude a la evolución hacia instalaciones cada vez mayores y más costosas, que requieren colaboración internacional, grandes equipos multidisciplinares y planificación a largo plazo, similar a otros proyectos emblemáticos de la física moderna.
  - Era de ITER y DEMO
    - Proyecto internacional en Francia se refiere a ITER, resultado de décadas de negociaciones entre múltiples regiones del mundo para construir un solo experimento de referencia que pruebe la viabilidad de la fusión como fuente de energía a gran escala.
    - Conceptos de centrales DEMO abarcan distintos diseños que toman a ITER como punto de partida y añaden sistemas de conversión eléctrica, mantos tritigénicos plenamente funcionales y estrategias operativas orientadas a demostrar viabilidad comercial y fiabilidad prolongada.
- Estrategias y tareas futuras
  - Diseñar hoja de ruta nacional
    - Definir papel de fisión y fusión implica que cada país trace una hoja de ruta realista, combinando despliegue de reactores avanzados existentes con apoyo decidido a la I D en fusión, según sus recursos, objetivos climáticos y contexto social.
  - Fortalecer I D en fusión
    - Priorizar materiales e imanes HTS señala áreas críticas de investigación, como desarrollar superconductores de alta temperatura más económicos y robustos, así como materiales estructurales resistentes, que permitan reactores de fusión más compactos y competitivos.
  - Actualizar marcos regulatorios
    - Adaptar normas a la fusión requiere que los reguladores incorporen sus particularidades, como el inventario de tritio y la activación de materiales, diferenciándola de la fisión pero manteniendo altos niveles de seguridad y protección radiológica.
    - Simplificar licenciamiento de SMR propone marcos regulatorios más predecibles y armonizados entre países, capaces de evaluar diseños modulares estandarizados de forma eficiente sin reducir las exigencias de seguridad, facilitando así su despliegue internacional.
  - Planificar integración en la red
    - Analizar escenarios con alta nuclear invita a estudiar cómo sistemas energéticos con una fracción significativa de fisión y futura fusión interactúan con renovables, redes, almacenamiento y demanda, para optimizar inversiones y garantizar seguridad de suministro.
  - Formación y talento
    - Programas en física de plasmas son esenciales para formar especialistas capaces de abordar desde la teoría y el diagnóstico experimental hasta el control avanzado del plasma, asegurando el relevo generacional en los proyectos de fusión a largo plazo.
    - Formación en ingeniería nuclear abarca competencias en diseño de reactores, análisis de seguridad, gestión de residuos y sistemas energéticos integrados, preparando profesionales que puedan trabajar tanto en nuevas centrales de fisión como en futuras plantas de fusión.
  - Cooperación internacional
    - Participar en proyectos globales permite a los países acceder a infraestructuras de gran escala, compartir riesgos y beneficios tecnológicos y posicionar a su industria y centros de investigación en la cadena de valor de la futura energía nuclear avanzada.
    - Compartir datos y buenas prácticas fomenta la estandarización de códigos, procedimientos de seguridad y experiencias operativas, acelerando el aprendizaje colectivo y reduciendo la probabilidad de incidentes al replicar soluciones probadas en distintos programas nucleares.
- Fuentes clave de información
  - Nuclear Fusion Power WNA
  - Fusión OIEA
  - Qué es la fusión OIEA
  - Plans for New Reactors WNA
  - Energía de fusión en 2025 OIEA
  - Nuclear Power Reactors WNA
  - ITER OIEA
  - Nuclear Power in Spain WNA
- Resumen extenso
  - Abrir resumen extenso

Fundamentos de la fusión

Definición de fusión nuclear

Comparación con fisión nuclear

Estado de plasma

Condiciones para la fusión

Criterio de Lawson y Q

Combustibles y ciclos de fusión

Deuterio como recurso abundante

Tritio y su producción

Mantos tritigénicos

Gestión del tritio

Tecnologías de fusión

Confinamiento magnético

Tokamaks

Estelaradores

Confinamiento inercial

Fusión magneto inercial

Conceptos Z pinch

Híbridos fusión fisión

Proyectos y programas clave

ITER

DEMO

IFMIF

National Ignition Facility

Rol del OIEA

Iniciativas privadas y nacionales

Reactores nucleares de fisión

Reactores de agua ligera PWR

Reactores BWR

Reactores de agua pesada

Reactores rápidos

Generación III plus

Pequeños reactores modulares SMR

Ventajas y oportunidades

Bajas emisiones de carbono

Alta densidad energética

Seguridad intrínseca en fusión

Uso industrial del calor nuclear

Complementariedad con renovables

Riesgos y desafíos

Desafíos de ingeniería en fusión

Gestión del tritio

Residuos de fisión

Costes de capital elevados

Aceptación social y percepción del riesgo

Cronología y evolución

Década de 1930

Años 1950 1960

Conferencia de Ginebra 1958

Gran ciencia de fusión

Era de ITER y DEMO

Estrategias y tareas futuras

Diseñar hoja de ruta nacional

Fortalecer I D en fusión

Actualizar marcos regulatorios

Planificar integración en la red

Formación y talento

Cooperación internacional

Fuentes clave de información

Resumen extenso