—¿Cómo iluminan las estrellas?
—Las estrellas iluminan con una energía constante que se basa en una reacción física en que núcleos de átomos de hidrógeno se fusionan para dar átomos de helio. Al hacerlo pierden algo de masa y esa masa, muy pequeña, y siguiendo la conocida ecuación de Einstein E=mc2, se transforma en una cantidad gigantesca de energía. El Sol por ejemplo lleva 5.000 millones de años emitiendo energía mediante este proceso de fusión lenta pero constante. En la tierra para hacerlo más rápido y eficiente, en vez de los átomos normales de hidrógeno, habría que usar los isótopos deuterio y tritio. Se llama isótopo el elemento químico que tiene el mismo número de protones y distinto número de neutrones. El hidrógeno “común” no tiene neutrones, el deuterio uno y el tritio dos.
—¿Qué es un plasma?
—El plasma es el cuarto estado de la materia. Es muy común en el universo, aunque muy poco en la tierra. Por poner un ejemplo el agua sólida, que es hielo, se calienta y se convierte en agua, se calienta más y se convierte en gas. Si se calentara hasta 100 o 200 millones de grados celsius, se transformaría en plasma. En este estado la estructura atómica desaparece y el elemento queda constituido por una sopa de núcleos por un lado, y de electrones por otro. Está presente en la tierra por ejemplo en los fluorescentes, y de forma natural solamente en algunas capas de la atmósfera.
—¿Qué es la energía de fusión?
— La que se produce cuando dos núcleos de átomos ligeros se fusionan para dar otro. Por ejemplo Deuterio y Deuterio en Tritio, Deuterio y Tritio en helio, Hidrógeno y Boro en (tres) Helios. Cada una de estas reacciones, como hemos dicho, se produce con pérdida de masa y esa masa es una inmensa cantidad de energía.
—¿Sería la solución de las necesidades humanas?
—Absolutamente, dado que la cantidad de combustible que hay en la tierra, el hidrógeno, está disponible de forma cuasi ilimitada. El deuterio existe de forma natural en el agua (150 gramos en mil litros de agua) y el tritio se puede producir a partir del litio. Con la cantidad de deuterio que hay en dos bañeras llenas de agua y la de litio que hay en dos ordenadores se podría producir la energía necesaria para una persona a lo largo de toda su vida (80 o 90 años). A medida que, además, se mejore la ingeniería de la fusión, se podrá producir energía en la tierra solamente con deuterio y sin tritio, con el isótopo corriente del hidrógeno, presente de forma masiva en el agua de la Tierra. Habría combustible hasta más allá de la muerte del planeta Tierra por la expansión de nuestro Sol.
—¿Cuáles son las formas de producir fusión? ¿confinamiento inercial? ¿confinamiento magnético? ¿fusión fría?
—La fusión fría fue una falsa noticia de hace algunos años. Nadie ha sido capaz de producir fusión sin temperaturas altísimas, que conllevan un gran gasto de energía. Pero las falsas noticias a veces tienen una gran utilidad. Tras la segunda guerra mundial, un científico alemán refugiado en la Argentina, convenció a Perón de que había conseguido producir energía eléctrica de fusión. No resultó cierto pero la comunidad científica internacional se sorprendió y alarmó y en los años 50, tanto los estadounidenses como los rusos, relanzaron o iniciaron sus programas de fusión.
Estos programas están basados o bien en el confinamiento inercial o bien en el confinamiento magnético. En resumen, vienen a suponer que hay que acercar mucho los núcleos de deuterio y tritio (isotopos del hidrogeno) para que se fusionen en helio, mediante altísimas temperaturas y aislamiento del mundo exterior. El acercamiento es muy difícil pues los protones, con carga positiva, se repelen fortísimamente. Ese aislamiento se consigue mediante láseres o mediante campos magnéticos. En el primer caso es parecido a lo que sucede en el Sol.
La fusión depende de tres factores: de la densidad del plasma, de la temperatura y del tiempo de confinamiento.
En ambos casos las temperaturas son altísimas. Pero en el inercial además la densidad es muy alta y el tiempo de confinamiento tan sólo del orden de los nanosegundos o de los picosegundos. En el magnético la densidad es baja y el tiempo de confinamiento necesario del orden de los segundos.
Las tecnologías del confinamiento inercial o confinamiento magnético son muy distintas y por ello las financiaciones de los dos métodos son muy diferentes. El inercial tiene aplicaciones militares, mientras que el de confinamiento magnético no. El inercial está presente en las bombas termonucleares en que una bomba atómica produce la onda de choque necesaria para que la micro-bola de deuterio/tritio empiece la reacción explosiva y descontrolada de fusión. El reto es hacer esto, pero para la producción controlada y pacífica de energía.
El confinamiento magnético se hace en unas estructuras que generan campos magnéticos heliocidales y que se asemejan a una rosquilla o “toro”, llamadas tokamak pues se originaron en la Union Soviética. En el CIEMAT de Madrid (antigua Junta de Energía Nuclear) hay un stellarator, otro concepto de botella magnética similar al Tokamak. El Premio Nobel de la Paz, Sakharov, estuvo en la génesis de los tokamak rusos, aunque nunca le dieron el nobel por motivos científicos.
—¿Cuáles son los retos de investigación básica a los que se enfrenta la energía de fusión?
—El conocimiento teórico íntimo del comportamiento de un plasma en esas condiciones tan extremas de densidad y temperatura. En particular el control de las turbulencias e inestabilidades que pueden surgir en esas condiciones.
—¿Y los de investigación aplicada? ¿Y los de ingeniería?
—En confinamiento magnético hasta ahora no se han conseguido rendimientos de energía del combustible superiores a las necesarias para producir la fusión y por lo tanto la ecuación energética es perdedora: estamos en el 75% y hay que superar ampliamente el 100%. En confinamiento inercial recientemente se ha conseguido una ganancia en el combustible de un factor 1.5, pero la tecnología es lejos de ser extrapolable para la producción de energía.
También es complejo el diseño y la producción de materiales estructurales que resistan adecuadamente los intensos flujos de energía y partículas a los que se verán sometidos y no se conviertan en radioactivos o al menos lo sean el tiempo más corto posible (100 años) de tal manera que el proceso global sea sostenible.
Otro de los temas tecnológicos es la posible utilización de superconductores de alta temperatura, en lugar de los actuales refrigerados por helio.
—Ha sido años director y alto responsable en el ITER ¿qué significa ITER?
—ITER significa International Thermonuclear Experimental Reactor y también, sin acrónimo, camino en latín. Trabaja el método de confinamiento magnético, mediante los tokamak, es decir las “rosquillas” de campos magnéticos. Yo fui Director General Adjunto Europeo de ITER desde el 2006 al 2015. Durante ese período fueron dos Directores Generales Japoneses y un Francés.
—¿Qué nos puede contar de ese gigantesco laboratorio mundial?
— Por el potencial de la fusión nuclear como fuente de energía prácticamente ilimitada y medioambientalmente aceptable, las principales economías mundiales, decidieron colaborar para realizar la demostración tecnológica de la fusión mediante la construcción de ITER y acordaron que su sede estuviera en el sur de Francia, en Cadarache. En los años 50 se vio que la investigación en este campo podía hacerse de manera abierta y colaborativa y la idea rusa del tokamak se impuso como el diseño más avanzado y de hecho es en el que está basado ITER. En Europa, el organismo EURATOM es el que coordina el programa de fusión nuclear. ITER surge de la primera reunión de fin de la guerra fría entre Reagan y Gorbachov el 22 de noviembre de 1983 en donde se glosa el gran acuerdo obtenido. En realidad, no hubo acuerdo formal en nada, salvo en el desarrollo de una colaboración internacional para demostrar la viabilidad de la fusión como fuente de energía y surge ITER. Se empieza el diseño del proyecto y a finales de los 90 el proyecto ya estaba maduro para poder implementarlo.
—¿Qué países participan?
—Empezaron EEUU, Rusia, Europa y Japón. Luego se unieron China, India y Corea del Sur. En suma, el 80% del PIB mundial
—¿España optó a albergar el ITER?
—El lunes siguiente al 11 de septiembre de 2001, lo recuerdo bien, España anunció que optaba a albergar la sede del ITER, el reactor de fusión experimental mundial. Para mi es la historia de éxito de un gran fracaso.
Propusimos la sede de Vandellós 1, que tenía una central nuclear (de fisión) en desmantelamiento. Vandellós 2 sigue funcionando. Presentamos un excelente proyecto, pero perdimos la sede, que ganó Francia en Cadarache, también frente a Rokaisho en Japón, pero ganamos la agencia europea de fusión (llamada Fusion For Energy o F4E) que se instaló en Barcelona, que es la que realiza los contratos, la que gestiona el 45% de la aportación europea (resto de países ponen el 9%). Esto, unido al programa científico en fusión desarrollado en CIEMAT, sitúa España en la primera línea de la fusión mundial.
—¿La industria española participa en ITER? ¿En qué porcentaje?
—En los últimos diez años, las empresas españolas han conseguido de forma competitiva más de 1.300 MM € en contratos para la construcción de componentes y sistemas para ITER, solamente superadas por Francia e Italia. Empresas como JEMA, Empresarios Agrupados, Elytte, Ferrovial, Iberdrola, ENSA y muchas otras han contribuido a esta investigación con su actividad industrial, y el CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medio Ambientales y Tecnológicas), antigua Junta de Energía Nuclear, con la investigación básica y desarrollo tecnológico. En el CIEMAT hay un stellarator que se construyó entre 1986 y 1990 y del que han salido nuestros expertos españoles en fusión y que nos permitió situarnos de forma competitiva cuando se concibió ITER. Es un gran ejemplo de la colaboración española entre ciencia e industrialización y de cómo la inversión en I+D es un motor tecnológico e industrial.
—¿Con qué horizonte temporal trabajan?
—Creemos que en 2040 o 2050 se podrá construir un reactor experimental, que llamamos DEMO, y que será el preludio a uno industrial, que provea verdaderamente de energía eléctrica.
—¿Cuáles son los grupos de fusión que trabajan en España?
—Además de las aportaciones industriales mencionadas, el CIEMAT es el coordinador del programa europeo de fusión en España, en el que participan además del propio Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT, numerosas Universidades como la UNED, Sevilla, Carlos III, UPM, UPC…. Ahora, además se va a ubicar y construir un nuevo laboratorio en Granada, el DONES (Demo Oriented Nuclear Energy Source), que estudiará entre otras cosas, la validación de los nuevos materiales en las condiciones extremas de la fusión desde el punto de vista de resistencia y baja activación radioactiva, ya que la emisión de neutrones muy veloces hace radioactivos a los materiales. Dado que la promesa de la energía de fusión (a diferencia de la de fisión) es no generar basura radioactiva, esto es esencial. Su construcción va a suponer unos 700 MM € de inversión española e internacional. Una vez que DONES esté operativo, creemos que la suma de ITER y DONES llevará al reactor que denominamos DEMO, que aún será un prototipo.
—¿Qué otros laboratorios mundiales investigan la fusión? ¿Hay competencia entre los distintos laboratorios y los distintos métodos?
—Ahora mismo ya existen en el mundo no solo laboratorios, sino multitud de empresas privadas que con los avances tecnológicos existentes y los conocimientos obtenidos en los diferentes programas mundiales de fusión están desarrollando nuevas y perfeccionando viejas ideas para su desarrollo . Por ejemplo, en otras instituciones académicas, como el MIT se ha formado una start-up donde están trabajando en un nuevo tokamak utilizando bobinas con superconductores de alta temperatura.
Aparte del programa ITER los países siguen con investigaciones propias, tanto en confinamiento magnético como inercial. Concretamente en este último método, en EEUU están las instalaciones de Livermore (California) y en Francia las de LMJ en Burdeos, que se construyeron tras el final de las pruebas de Mururoa. Chirac prometió que no se volverían a hacer ensayos y que todo se podría simular en laboratorio.
—¿Qué opina de la reciente noticia de un laboratorio de EEUU sobre resultados positivos en fusión?
—Ha sido en Livermore y han comunicado que con una inyección en el combustible de 2,05 Megajulios se han obtenido 3,15 Megajulios, en una microbola milimétrica. Es un resultado muy esperanzador, como decía es la primera vez que, en lo que se refiere al combustible, sale más energía de la que ha sido necesaria para llevarlo a ese estado. Es resultado muy bueno. Pero para ponerlo en contexto, eso es un experimento, y para tener resultados de suministro continuo de energía se necesitaría realizarlo varias veces por segundo y con una ganancia neta de energía que incluya el gasto energético de los láseres utilizados (ahora del orden de 300 Megajulios). Queda todavía un largo camino.
—¿Qué cargos ha ocupado tras dejar la Dirección General Adjunta de ITER?
—Después fui Director General del CIEMAT, hasta mi jubilación, que pasé a científico emérito y actualmente, fui elegido Presidente del Governing Board de Fusion For Energy, F4E, que agrupa a 27 países de la Union Europea. Están todos salvo Reino Unido, que salió con el Brexit.
—¿Qué consejo daría a las nuevas generaciones de físicos, de investigadores?
—Que trabajen en fusión, es un campo inmenso y muy prometedor. En España pueden hacerlo en las empresas citadas, en el CIEMAT, Universidades y en el futuro DONES de Granada.
