Desarrollos tecnológicos para la generación de energía nuclear de forma sostenible

Es udian e: Mada iaga Ma ínez, Pablo
Di ec o /Di ec o a: Olondo Cas o, Concepción
Cu so: 2023-2024
Fecha: Bilbao, 2024
DESARROLLOS TECNOLÓGICOS PARA LA
GENERACIÓN DE ENERGÍA NUCLEAR DE FORMA
SOSTENIBLE
GRADO EN INGENIERÍA EN TECNOLOGÍA INDUSTRIAL
TRABAJO FIN DE GRADO
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RESUMEN
En las úl imas décadas el consumo de ene gía eléc ica se ha dispa ado no ablemen e a ni el
mundial. Se espe a que es e aumen o de la demanda de ene gía siga subiendo de mane a
descon olada. Es e mayo consumo, unido a la p oblemá ica de las uen es adicionales de
gene ación de ene gía a pa i de combus ibles ósiles y su impac o di ec o en las emisiones de
CO2, han eac i ado el deba e sob e el uso de al e na i as capaces de gene a ene gía sin
emisiones con aminan es en su p oceso, ales como las ene gías eno ables o la nuclea .
Uno de los g andes p oblemas de la ene gía nuclea es el miedo socialmen e ex endido po culpa
del as o que dejan en la his o ia los desas es nuclea es como la explosión del eac o 4 de
Che nóbil en 1986, la de onación de las bombas nuclea es en Hi oshima y Nagasaki en 1945, o
el desas e p o ocado po un sunami en la cen al de Fukushima en 2011. La exposición del
pode a ómico en es os casos ha dado luga al echazo de la ene gía nuclea en muchos casos.
El p esen e p oyec o abo da es a p oblemá ica de gene ación sos enible de ene gía eléc ica
incidiendo en los desa ollos ecnológicos pa a la gene ación de ene gía nuclea . La e isión de
las dis in as ecnologías que aquí se p esen an, p e ende mos a las mejo as que se han
implemen ado ya, an o en e iciencia como en segu idad, así como las ac i idades que se es án
lle ando a cabo pa a pode gene a ene gía nuclea de o ma segu a y sos enible. Es a e isión
de ecnologías cub i á di e en es aspec os de la gene ación de ene gía nuclea como la
op imización de los p ocesos de isión con eac o es de úl ima gene ación, la ges ión de esiduos
nuclea es o la p oducción de ene gía median e los p ocesos usión.
En la op imización de los p ocesos de isión se ha á una b e e in oducción sob e las
gene aciones de eac o es exis en es pa a pos e io men e p o undiza en a ances en los diseños
de eac o es de úl ima gene ación, incluyendo los eac o es ep oduc o es ápidos de neu ones
diseñados pa a p oduci más combus ible del que consumen.
En cuan o a la ges ión de esiduos se p esen a án las opciones u ilizadas hoy en día y se e isa án
ecnologías como el acondicionamien o a anzado o las es a egias de almacenamien o geológico
p o undo lle ado a cabo po SKB, emp esa sueca dedicada a la ges ión y eliminación de esiduos
y combus ible nuclea .
Po úl imo, se in oduci á la ecnología de usión nuclea pa a la gene ación de ene gía
apo ando unos b e es undamen os sob e la usión y sus eacciones y se explica án los diseños
exis en es pa a un u u o eac o de usión nuclea . Se p esen a án las dos ideas pa a el
con inamien o del plasma del eac o , el con inamien o magné ico y el con inamien o ine cial,
así como los ma e iales a emplea en DEMO, lo que se á el p ime ace camien o a la
come cialización de la ene gía nuclea de usión.
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ABSTRACT
In ecen decades, elec ici y consump ion has soa ed d ama ically wo ldwide. This inc ease in
ene gy demand is expec ed o con inue o ise unchecked. This inc eased consump ion, oge he
wi h he p oblems o adi ional sou ces o ene gy gene a ion om ossil uels and hei di ec
impac on CO2 emissions, ha e eac i a ed he deba e on he use o al e na i es capable o
gene a ing ene gy wi hou pollu ing emissions in he p ocess, such as enewable ene gies o
nuclea ene gy.
One o he g ea p oblems o nuclea powe is he socially widesp ead ea o nuclea disas e s
such as he explosion o eac o 4 a Che nobyl in 1986, he de ona ion o he nuclea bombs a
Hi oshima and Nagasaki in 1945, o he sunami disas e a he Fukushima powe plan in 2011.
The exposu e o a omic powe in hese cases has led o he ejec ion o nuclea powe in many
cases.
This p ojec add esses his p oblem o sus ainable elec ici y gene a ion by ocusing on
echnological de elopmen s in nuclea powe gene a ion. The e iew o he di e en
echnologies p esen ed he e aims o show he imp o emen s ha ha e al eady been
implemen ed, bo h in e ms o e iciency and sa e y, and he ac i i ies ha a e being ca ied ou
o gene a e nuclea ene gy in a sa e and sus ainable way. This e iew o echnologies will co e
di e en aspec s o nuclea ene gy gene a ion such as he op imisa ion o ission p ocesses wi h
la es gene a ion eac o s, nuclea was e managemen o ene gy p oduc ion by usion
p ocesses.
In he op imisa ion o ission p ocesses, a b ie in oduc ion o exis ing eac o gene a ions will
be gi en, ollowed by an o e iew o ad ances in s a e-o - he-a eac o designs, including as
b eede neu on eac o s designed o p oduce mo e uel han hey consume.
In e ms o was e managemen , he op ions used oday will be p esen ed and echnologies such
as ad anced condi ioning o deep geological disposal s a egies ca ied ou by SKB, a Swedish
company dedica ed o he managemen and disposal o nuclea was e and uel, will be
examined.
Finally, nuclea usion echnology o powe gene a ion will be in oduced by p o iding a b ie
backg ound on usion and i s eac ions and explaining he exis ing designs o a u u e nuclea
usion eac o . The wo ideas o eac o plasma con inemen , magne ic con inemen and ine ial
con inemen , will be p esen ed, as well as he ma e ials o be used in DEMO, which will be he
i s app oach o he comme cialisa ion o nuclea usion ene gy.
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LABURPENA
Azken hama kade an, ene gia elek ikoa en kon sumoa naba men igo da mundu osoan. Ene gia-
eska ia en go akada ho ek go akada kon olik gabe ja ai zea espe o da. Kon sumo handi u
ho ek, e egai osile a ik e a o i ako ene gia-i u i adizionalen a azoekin e a CO2 isu pene an
du en e agin zuzena ekin ba e a, be en p ozesuan emisio ku sa zaile ik gabe ene gia so zeko
gai di en al e na iben e abile a i bu uzko ez abaida piz u du e, hala nola, be iz aga iak edo
ene gia nuklea a.
Ene gia nuklea a en a azo handiene ako ba giza ean zabaldu ako beldu a da, hondamendi
nuklea ek his o ian uz en du en a as oa en ondo ioz, hala nola Txe nobylgo 4. e eak o ea en
lehe ke a 1986an, Hi oshimako e a Nagasakiko bonba nuklea en ez anda 1945ean, edo
Fukushimako zen aleko sunami ba ek e agindako hondamendia 2011n. Kasu haue an, bo e e
a omikoa en esposizioak ene gia nuklea a en gai zespena eka i du kasu asko an.
P oiek u honek ene gia elek ikoa en so kun za jasanga ia en a azo honi au e egi en dio,
ene gia nuklea a so zeko ga apen eknologikoe an a e a ja iz. Hemen au kez en di en
eknologia ezbe dinen be ikuske ak dagoeneko eza i a dauden hobekun zak e aku si nahi di u,
bai e aginko asunean, bai segu asunean, e a bai a ene gia nuklea a modu segu u e a
i aunko ean so zeko egi en a i di en ja due ak e e. Be ikuspen eknologiko honek ene gia
nuklea a en so e a en hainba alde di landuko di u, hala nola, pun a-pun ako e eak o eekin
isio-p ozesuen op imizazioa, hondakin nuklea en kudeake a edo usio-p ozesuen bidez
ene gia-ekoizpena.
Fisio-p ozesuen op imizazioan, dauden e eak o een belaunaldiei bu uzko sa e a labu ba
egingo da, ondo en azken belaunaldiko e eak o een diseinue an au e apene an sakon zeko,
kon sumi zen du ena baino e egai gehiago ekoiz eko diseina u ako neu oien e eak o e
e ep oduzi zaile azka ak ba ne.
Hondakinen kudeake a i dagokionez, gau egun e abil zen di en auke ak au kez uko di a, e a
hainba eknologia be ikusiko di a, hala nola egoki zapen au e a ua edo bil egi a ze geologiko
sakoneko es a egiak, hondakinak e a e egai nuklea a kudea zen e a ezaba zen di uen SKB
enp esa suedia ak egindakoak.
Azkenik, ene gia so zeko usio nuklea eko eknologia sa uko da, usioa i e a ha en e eakzioei
bu uzko oina i labu ba zuk emanez, e a e o kizuneko usio nuklea eko e eak o e ba e ako
dauden diseinuak azalduko di a. E eak o ea en plasma, kon inamendu magne ikoa e a
kon inamendu ine ziala kon ina zeko bi ideiak au kez uko di a, bai a DEMOn e abili beha eko
ma e ialak e e, usio-ene gia nuklea a me ka u a zeko lehen hu bilke a izango dena.
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PALABRAS CLAVE
Combus ible
Ene gía
Fisión
Fusión
Isó opo
Nuclea
Plu onio
Residuo
Sos enible
U anio

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ÍNDICE
Con enido
1 .- In oducción ..................................................................................................................... 11
1.1 Escena io ene gé ico a ni el mundial ........................................................................ 12
1.2 El desa ollo sos enible en la ene gía nuclea ........................................................... 14
1.2.1 Obje i os de Desa ollo Sos enible (ODS) ............................................................. 15
1.2.2 Ene gía asequible y no con aminan e ................................................................... 16
1.2.3 Indus ia, inno ación e in aes uc u a ................................................................. 16
1.2.4 Acción po el clima ................................................................................................ 16
1.2.5 Alianzas pa a log a los obje i os .......................................................................... 16
1.3 Obje i os del abajo .................................................................................................. 16
2 .- Fundamen os de la Ene gía Nuclea ................................................................................. 18
2.1 In oducción ............................................................................................................... 19
2.2 Fisión nuclea ............................................................................................................. 19
2.3 Fusión nuclea ............................................................................................................ 21
3 .- Reac o es de Nue a Gene ación ...................................................................................... 23
3.1 Gene ación I ............................................................................................................... 24
3.2 Gene ación II .............................................................................................................. 25
3.3 Gene ación III ............................................................................................................. 27
3.4 Gene ación III+ ........................................................................................................... 29
3.5 Gene ación IV ............................................................................................................. 29
3.5.1 In oducción .......................................................................................................... 29
3.5.2 Reac o es ápidos .................................................................................................. 30
3.5.3 Ciclo ce ado de combus ible ................................................................................ 31
3.5.4 La apa ición de los SMR (Small Modula Reac o ) ................................................ 32
3.5.5 Diseños de eac o es de nue a gene ación ........................................................... 33
4 .- T a amien o de Residuos Radiac i os ............................................................................... 44
4.1 Nue as ecnologías pa a los esiduos nuclea es........................................................ 46
4.1.1 Almacenamien o Geológico P o undo .................................................................. 46
4.1.2 Acele ado lineal supe conduc o (ADS) ............................................................... 48
5 .- Fusión Nuclea .................................................................................................................. 50
5.1 Reacciones nuclea es ................................................................................................. 52
5.2 Con inamien o magné ico y Con inamien o ine cial ................................................. 54
5.2.1 Con inamien o magné ico ..................................................................................... 55
5.2.2 Con inamien o ine cial .......................................................................................... 57
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5.3 Reac o de usión nuclea DEMO ............................................................................... 57
5.3.1 Con igu ación del DEMO ....................................................................................... 60
5.4 Fusión en el Labo a o io Nacional Law ence Li e mo e ............................................ 62
6 .- Conclusiones ..................................................................................................................... 64
7 .- Me odología seguida en el desa ollo del abajo ........................................................... 67
7.1 Diag ama de Gan ..................................................................................................... 68
8 .- P esupues o ...................................................................................................................... 69
9 .- Bibliog a ía ........................................................................................................................ 71
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LISTADO DE FIGURAS
Figu a 1-1.- Emisiones de CO2 de las dis in as uen es ene gé icas en 2015 [ 1] ........................ 12
Figu a 1-2.- P oducción de elec icidad global en dos posibles escena ios: (I) Sin es icciones de
emisiones de ca bono y (II) Con es icción de emisiones [ 5] .................................................... 13
Figu a 1-3.- Ilus ación del amaño de un ec o modula pequeño (SMR) ................................ 14
Figu a 1-4.- Emisiones de CO2 e i adas en la gene ación de ene gía con di e en es ecnologías
en e al paso de los años [ 6] ..................................................................................................... 15
Figu a 1-5.- Obje i os de Desa ollo Sos enible elacionados con es e TFG ............................... 16
Figu a 2-1.- Reacción de isión del U anio 235 [ 7] ...................................................................... 20
Figu a 2-2.- Combus ible nuclea . Pas illas de u anio en iquecido [ 8]. ...................................... 20
Figu a 2-3.- Esquema de una cen al nuclea .............................................................................. 21
Figu a 2-4.- Ilus ación del plasma en un eac o de usión. ....................................................... 22
Figu a 3-1.- Gene aciones de eac o es nuclea es [ 10] .............................................................. 24
Figu a 3-2.- E olución del diseño de la asija de los eac o es PWR [ 11]................................... 25
Figu a 3-3.- Esquema de un eac o CANDU [ 12] ....................................................................... 26
Figu a 3-4.- Pa es p incipales de un eac o CANDU .................................................................. 26
Figu a 3-5.- Recipien e de p esión del ABWR [ 13] ..................................................................... 27
Figu a 3-6.- Sis ema de e ige ación de un EPR [ 14] ................................................................. 28
Figu a 3-7.- Esquema simpli icado del p oceso PUREX ............................................................... 31
Figu a 3-8.- Esquema del ep ocesado ........................................................................................ 32
Figu a 3-9.- Compa ación de eac o es según su amaño [ 18]. ................................................. 33
Figu a 3-10.- Vasija de ace o de un eac o GFR con dos in e cambiado es p incipales y bucles de
eliminación de calo de desin eg ación ...................................................................................... 34
Figu a 3-11.- Diseño del GFR del p oyec o ALLEGRO [ 25] .......................................................... 35
Figu a 3-12.- Esquemas de los eac o es ELFR, BREST-OD-300 y SSTAR. ..................................... 36
Figu a 3-13.- Reac o BREST-OD-300 en cons ucción................................................................. 37
Figu a 3-14.- Esquema de un eac o MSR [ 21] .......................................................................... 37
Figu a 3-15.- Ci cui o del combus ible de un eac o MSFR ........................................................ 38
Figu a 3-16.- Compa ación de los núcleos de los eac o es PWR y BWR con el SCWR. .............. 39
Figu a 3-17.- Esquema de un eac o SFR ................................................................................... 40
Figu a 3-18.- Esquema de un eac o VHTR ................................................................................ 41
Figu a 3-19.- Pa es de una bola de combus ible TRISO ............................................................. 41
Figu a 3-20.- Esquema del edi icio de con ención de un eac o VHTR de lecho de bolas ......... 42
Figu a 4-1.- Piscina de almacenamien o de esiduos adiac i os. ............................................... 45
Figu a 4-2.- Esquema del almacenamien o geológico p o undo (AGP) ...................................... 47
Figu a 4-3.- P ime almacén geológico p o undo cons uido en Olkiluo o, Finlandia ................ 48
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Figu a 4-4.- P o o ipo del ADS de la Academia de Ciencias de China ......................................... 49
Figu a 5-1.- Reacción 1 de usión [ 33] ........................................................................................ 53
Figu a 5-2.- Reacción 2 de usión [ 33] ........................................................................................ 54
Figu a 5-3.- Esquema con las ayec o ias de los campos magné icos poloidal y o oidal pa a el
con inamien o del plasma ........................................................................................................... 55
Figu a 5-4.- Con igu ación de un eac o Tokamak [ 38] ............................................................. 56
Figu a 5-5.- Con igu ación de un eac o S ella a o [ 39] ........................................................... 56
Figu a 5-6.- Esquema de la usión po con inamien o ine cial [ 41]............................................ 57
Figu a 5-7.- E olución de los di e en es eac o es de usión nuclea .......................................... 57
Figu a 5-8.- Reac o de usión expe imen al ITER [ 45] ............................................................... 59
Figu a 5-9.- Vis a aé ea de ITER, Cada ache, F ancia [ 46] .......................................................... 59
Figu a 5-10.- P incipales pa es del eac o de usión DEMO [ 47] ............................................. 60
Figu a 5-11.- Esquema gene al de los elemen os que con o man un segmen o de un eac o de
usión ........................................................................................................................................... 61
Figu a 5-12.- De alle de un segmen o del u u o eac o DEMO [ 48] ........................................ 61
Figu a 5-13.- Na ional Igni ion Facili y (NIF) del Labo a o io Nacional Law ence Li e mo e,
Cali o nia ..................................................................................................................................... 62
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El p esen e T abajo de Fin de G ado es á di ec amen e elacionado con los siguien es ODS:
Figu a 1-5.- Obje i os de Desa ollo Sos enible elacionados con es e TFG
1.2.2 Ene gía asequible y no con aminan e
Se busca expandi la in aes uc u a y mejo a la ecnología pa a con a con ene gía limpia en
odos los países en desa ollo, median e inno aciones en la ecnología de eac o es de isión y
median e p opues as pa a la ene gía de usión.
1.2.3 Indus ia, inno ación e in aes uc u a
Se busca in e i en in aes uc u a e inno ación pa a el c ecimien o y el desa ollo de la ene gía
nuclea apo ando nue as al e na i as pa a los diseños de los eac o es, con es uc u as más
asequibles, los cuales sean más compe i i os económicamen e acili ando el desa ollo de la
indus ia.
1.2.4 Acción po el clima
El abajo analiza las mejo as en desa ollo pa a la ges ión de esiduos y la minimización de
acciden es in es igando las soluciones plan eadas en eac o es de cua a gene ación pa a e i a
acciden es que emi an adiación y examinando las nue as p opues as pa a la ges ión del
combus ible nuclea gas ado ayudando así a p ese a el clima.
1.2.5 Alianzas pa a log a los obje i os
Tan o en los eac o es de usión nuclea como en los de ision, e incluso en el a amien o de
esiduos que se exponen en es e abajo las alianzas lle adas a cabo pa a el desa ollo de
p oyec os de in es igación más desa ollo e inno ación son muy impo an es.
1.3 Obje i os del abajo
El p esen e abajo de in de g ado iene como obje i o pone de mani ies o que los pelig os
asociados a la gene ación de ene gía eléc ica con el uso de la ene gía nuclea pueden se
minimizados con la apa ición de nue as ecnologías aplicadas an o a los eac o es como al
a amien o de esiduos adiac i os gene ados.
Es e obje i o gene al se ha desa ollado cub iendo los siguien es aspec os:
• Desc ibi los undamen os en los que se basa la gene ación de ene gía eléc ica a pa i
de eacciones de isión nuclea
• Expone las ecnologías empleadas his ó icamen e pa a la gene ación de ene gía
nuclea , como los eac o es de agua p esu izada de hoy en día, plan eando los di e en es
p oblemas que han podido su gi en el pasado an o desde el pun o de is a de la
segu idad como del impac o en el medio ambien e po la gene ación de los esiduos
adiac i os.
• Desc ibi los a ances ecnológicos que se han ido implemen ando y que es á p e is o
in oduci en eac o es de isión de nue a gene ación.
• Abo da el p oblema de la gene ación de esiduos nuclea es, con un cla o en oque en el
a amien o de los esiduos, su educción y los nue os mé odos de ges ión de esiduos

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• Desc ibi las posibilidades que o ece la gene ación de ene gía nuclea median e usión,
desc ibiendo la si uación ac ual de es a nue a uen e de ene gía, los e os a los que se
en en e has a llega a su posible implemen ación, y las ac i idades que se es án
lle ando a cabo den o de la hoja de u a de la usión nuclea .
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2 .- Fundamen os de la Ene gía Nuclea
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2.1 In oducción
La ene gía nuclea es la ene gía con enida en el núcleo de los á omos. El á omo es á sepa ado
en elec ones, p o ones y neu ones. En su núcleo con iene neu ones y p o ones unidos. La
ene gía nuclea es la ene gía que man iene unidos a los p o ones y a los neu ones.
La gene ación de ene gía median e ene gía nuclea consis e en libe a es a ene gía y median e
un cie o p oceso con e i esa ene gía en ene gía eléc ica. Hay dos modos de libe a esa
ene gía. La usión y la isión nuclea . La usión nuclea consis e en uni núcleos de di e en es
á omos libe ando así ene gía que es ap o echada. Es a ecnología aún es á en desa ollo. En el
su de F ancia, (Cada ache), es á en cons ucción el ITER (In e na ional The monuclea
Expe imen al Reac o , en español Reac o Te monuclea Expe imen al In e nacional) el p ime
eac o de usión nuclea del mundo pa a ines expe imen ales e in es igación del que se habla á
más adelan e en el apa a ado 5. La isión, la u ilizada hoy en día en las cen ales nuclea es,
consis e en ompe los núcleos de di e en es á omos pa a libe a dicha ene gía. Cuando se dan
cualquie a de es os p ocesos nuclea es, se pie de una pequeña pa e de masa libe ando una
g an can idad de ene gía en o ma de calo . Esa ene gía es ap o echada y ans o mada en
ene gía eléc ica. En es e p oyec o nos cen a emos en ambas ecnologías.
2.2 Fisión nuclea
La isión nuclea es el p ocedimien o a pa i del cual un á omo abso be un neu ón p o enien e
de la isión de o o á omo que di ide el núcleo del á omo abso ben e en dos o más núcleos más
pequeños, emi iendo en el p oceso más neu ones, ayos gamma y g andes can idades de
ene gía.
El núcleo que abso be un neu ón se uel e ines able y po eso se di ide buscando más
es abilidad. Los neu ones que se libe an pa icipan en la isión de o os núcleos que a su ez
libe an más neu ones p oduciendo así la llamada eacción en cadena. Pa a que se p oduzca la
eacción en cadena es necesa io que exis an cie as condiciones de geome ía y de can idad de
ma e ial. La eacción en cadena puede llega a p oduci se de mane a espon ánea siemp e que
haya un neu ón que impac e con a el p ime núcleo con la ene gía su icien e como pa a
isiona lo.
El combus ible en los eac o es nuclea es de isión es el u anio. El u anio es un elemen o químico
me álico descubie o en 1789. Su símbolo químico es ‘U’ y su núme o a ómico es 92. Es o quie e
deci que iene 92 p o ones en su núcleo. Es el elemen o que mayo peso a ómico iene de odos
los elemen os que se encuen an en la na u aleza. Se localiza en la co eza e es e y es 500
eces más abundan e que el o o. No iene o o uso más que como combus ible nuclea .
Pe o el combus ible nuclea no es u anio sino uno de sus iso opos que es el isionable. En la
na u aleza se encuen an es ipos de iso opos. El u anio 234, el u anio 235 y el u anio 238. El
u anio 234 ocupa el 0,02% del u anio en la na u aleza, el u anio 235 cons i uye el 0,7%, y el
u anio 238 el 99,28%. El único iso opo na u al de los es que es isionable es el u anio 235. Es o
implica que es el único iso opo a pa i del cual se puede ob ene ene gía calo í ica que más
a de se con e i á en ene gía eléc ica. Es o se da median e la eacción desc i a en la ecuación
( 1) e ilus ada en la Figu a 2-1 [ 7].
𝑛 + 𝑈 →
92
235 𝑈
92
236
𝑈 →
92
236 𝐶𝑠 +
55
137 𝑅𝑏 + 4 ∙ 𝑛 + 191 𝑀𝑒𝑉
37
95
( 1)
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Figu a 2-1.- Reacción de isión del U anio 235 [ 7]
El combus ible de los eac o es nuclea es es u anio en iquecido a i icialmen e. Es deci , el
u anio u ilizado depende del eac o , pe o no malmen e iene ce ca del 5% de u anio 235 en ez
del 0,7% que se encuen a al na u al. Es o es necesa io po que un 0,7% en masa de u anio
isionable en el combus ible no es su icien e pa a da luga a una eacción en cadena en los
eac o es de agua lige a que son los más comunes. El u anio en el me cado se ende como u anio
concen ado, U3O8, que pos e io men e iene que se con e ido a hexa luo u o de u anio (UF6)
pa a se en iquecido. T as el p oceso de en iquecimien o, pa a su uso nuclea , el hexa luo u o se
uel e a ans o ma a dióxido de u anio (UO2) que es compac ado en pas illas cilínd icas de
ap oximadamen e 1 cen íme o de diáme o y 1 cen íme o de al o que ienen las ca ac e ís icas
necesa ias pa a sopo a las al as empe a u as del eac o . Es as pas illas de u anio en iquecido
son el elemen o p incipal del combus ible pa a la gene ación de ene gía nuclea ( e Figu a 2-2)
[ 8].
Figu a 2-2.- Combus ible nuclea . Pas illas de u anio en iquecido [ 8].
Con las pas illas se ab ican los elemen os combus ibles. El p ime paso es ab ica las ba as de
combus ible. Son la p ime a ba e a de segu idad de la cen al nuclea . No son más que unas
ba as me álicas en las que se in oducen las pas illas una encima de o a. Una ez cons uidas
las ba as es as se ensamblan en o es de ba as es uc u almen e independien es de sección
cuad ada con la sepa ación en e ba as su icien e pa a que pueda ci cula en e ellas el
e ige an e. Cada una de es as ba as es denominado elemen o combus ible. El núcleo de un
eac o de 1000 MW es á o mado po unos 150 elemen os combus ibles.
Una ez el combus ible den o de la asija del eac o , comienza la gene ación de ene gía. Se
u iliza á como e e encia un eac o de agua lige a a p esión (PWR po sus siglas en ingles
P essu ized Wa e Reac o ) pa a explica b e emen e el uncionamien o de una cen al nuclea .
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Es a asija en la que se in oduce el combus ible es á llena de agua que se á la enca gada de
ansmi i la ene gía é mica. Pa a inicia la eacción en cadena, se in oduce una uen e de
neu ones inicial en el núcleo del eac o . Es as uen es de neu ones pueden se ma e iales que
espon áneamen e emi en neu ones (como cali o nio-252) o disposi i os llamados iniciado es
de neu ones que u ilizan eacciones nuclea es especí icas pa a p oduci neu ones.
Una ez la eacción en cadena pues a en ma cha, el agua del eac o comienza a calen a se. Es a
agua ci cula po un ci cui o p ima io unido a un in e cambiado de calo (gene ado de apo ).
El apo gene ado po el in e cambiado se mue e po un ci cui o secunda io en el que se
encuen a la u bina. El apo que ci cula a g an elocidad, al en a en con ac o con los álabes
de la u bina, es a se mue e con i iendo la ene gía é mica en ene gía ciné ica. Finalmen e, el
eje de la u bina es á conec ado a un al e nado que, con el gi o del eje, es capaz de gene a
elec icidad. Cuando el apo ya ha pasado po la u bina, a di ec o a un condensado unido a
un ci cui o e cia io, donde se en ía y se con ie e de nue o en agua líquida. En la Figu a 2-3
puede e se un esquema que mues as es as e apas.
Figu a 2-3.- Esquema de una cen al nuclea
La segunda e apa del ciclo incluye odas y cada una de las ope aciones desde que el combus ible
es in oducido en el eac o has a el a amien o del esiduo nuclea gene ado, p oceso que se
e á en el apa ado 4.
2.3 Fusión nuclea
La usión nuclea es la eacción nuclea en la cual dos núcleos de á omos lige os, hid ógeno y sus
dos iso opos deu e io y i io, se unen pa a o ma el núcleo de o o á omo más pesado, helio.
Cabe des aca que es a ecnología es á en desa ollo.
Pa a que se dé una eacción de usión, es necesa io do a a los á omos de al os ni eles de
ene gía, que posibili en que los núcleos de los á omos se ap oximen a dis ancias muy educidas,
en las cuales la ue za de a acción nuclea pueda supe a a las ue zas de epulsión
elec os á ica.
Pa a que es o se dé, se ecu e al calen amien o a empe a u as muy ele adas. Es o se denomina
usión é mica y consis e en calen a una masa de á omos has a consegui una masa gaseosa
denominada plasma compues a po elec ones y á omos al amen e ionizados. En la Figu a 2-4
se pueden ap ecia las pa ículas de al a ene gía en o ma de plasma ci culando a a és de un
eac o de usión del ipo okamak.

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Figu a 2-4.- Ilus ación del plasma en un eac o de usión.
Debido a las al as empe a u as del plasma, es necesa io con ina la mezcla pa a e i a el
con ac o de es a con cualquie pa e de la es uc u a del eac o pues o que no hay ma e ial
capaz de sopo a dichas empe a u as sin undi se. Po es e mo i o se encuen an en desa ollo
dos mé odos de con inamien o di e en es. Po una pa e, se encuen a en desa ollo la Fusión
po Con inamien o Ine cial (FCI). Consis e en c ea un medio an denso que sea imposible pa a
las pa ículas escapa sin choca en e sí, usionándolas. Po o a pa e, exis e la Fusión po
Con inamien o Magné ico (FCM). Las pa ículas se a apan den o de un eac o con o ma
o oidal odeado de di e en es campos magné icos con el in de aleja las de las pa edes de es e.
Ambos mé odos se desa ollan en el apa ado 5.2.
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3 .- Reac o es de Nue a Gene ación
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Los eac o es nuclea es suelen clasi ica se po gene aciones ( e Figu a 3-1) dependiendo del
in e alo de echas al que pe enezcan sus sis emas de segu idad, sis ema de gene ación de
apo o combus ible en e muchas o as cosas. Ac ualmen e uncionan en el mundo las cua o
gene aciones de eac o es, g acias al eac o BN-800, el único eac o conside ado de cua a
gene ación ac ualmen e en uncionamien o con ines come ciales [ 9]. Pe o es e es una
excepción, pues los eac o es de cua a gene ación son diseños eó icos de eac o es nuclea es
ac ualmen e bajo in es igación.
Figu a 3-1.- Gene aciones de eac o es nuclea es [ 10]
En es e apa ado se an a in oduci las gene aciones de eac o es exis en es hoy en día
explicando b e emen e cada una de ellas y se p o undiza á en los eac o es de cua a
gene ación que se án los enca gados de come cializa las nue as ecnologías ac ualmen e en
desa ollo al me cado de la ene gía nuclea .
3.1 Gene ación I
Los eac o es de p ime a gene ación su gie on as la segunda gue a mundial con el in de
gene a p oduc os de isión pa a se u ilizados pa a el desa ollo de a mamen o nuclea como el
plu onio. Po lo an o, la gene ación de ene gía no e a el p ime p opósi o de es os eac o es.
En 1942, En ico Fe mi, de la Uni e sidad de Chicago, desa ollo la pila de g a i o y u anio CP-1
(Chicago Pile 1). Es a c eación ue la p ime a eacción nuclea en cadena con olada, dando luga
así al p ime eac o nuclea del mundo. Aun cuando la p oducción de ene gía no e a la única
azón de exis encia de es os eac o es, el conocimien o ob enido en su diseño, cons ucción y
uncionamien o esul ó ú il pa a la indus ia de la ene gía nuclea . Su cons ucción comenzó en
Chicago en no iemb e del mismo año. Los cálculos iniciales ace ca del amaño c í ico de la pila
ue on muy p uden es. Como medida complemen a ia de p ecaución se decidió ence a el
eac o en una en ol u a de ela de globo en la que pudie a hace se el acío, pa a e i a así que
el ai e cap u a a neu ones. Las ope aciones con el CP-1 se e mina on en 1943. El eac o ue
desman elado y econs uido u ilizando los ma e iales o iginales. Se le añadió una p o ección
adiológica y ue enomb ado CP-2.
La p ime a plan a de ene gía nuclea en ope a pa a ines come ciales ua la plan a de
Shippingpo , Pensil ania. Se puso en uncionamien o el 2 de diciemb e de 1957. Se a aba de
un eac o ipo PWR (P essu ized Wa e Reac o ) que e a capaz de gene a casi 60 MW [ 11] de
po encia. La plan a se man u o en uncionamien o has a el año 1982. Es a cen al nuclea ue
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un hecho de impo ancia decisi a en la his o ia de la ene gía nuclea . La cons ucción de su
eac o si ió de ejemplo pa a la mayo ía de los p oyec os pos e io es. Los PWR son aho a mismo
el ipo de eac o es nuclea es más abundan es en el mundo.
El eac o de Shippingpo consis ía en dos pa es p incipales: un sis ema p ima io o mado po
cua o lazos en los cuales se almacenaba el agua u ilizada como e ige an e y un sis ema
secunda io sepa ado po cua o gene ado es de apo unido a o o ci cui o de agua o almen e
aislado del eac o que ans e ía el calo en o ma de apo pa a se u ilizado en la u bina. En
el ipo de asija ambién se plasma el desa ollo de los eac o es PWR desde su nacimien o en
Shippingpo ( e Figu a 3-2) y los ac uales. Una es uc u a pa ecida a la de los eac o es PWR
de segunda y e ce a gene ación.
Figu a 3-2.- E olución del diseño de la asija de los eac o es PWR [ 11]
3.2 Gene ación II
Los eac o es de segunda gene ación nacen ap oximadamen e en la década de los 70, cuando
los p og amas nuclea es de los países se cen a on más en la p oducción de ene gía dejando de
lado los p og amas a mamen ís icos de desa ollo de subma inos y a mas nuclea es.
Con es a gene ación inc emen o an o la po encia eléc ica como la segu idad de las plan as,
g acias a in es igaciones y desa ollos ecnológicos inanciados po es os países cada ez más
in e esados en la p oducción de ene gía de o ma e icien e.
Ac ualmen e la mayo ía de los eac o es en uncionamien o en an den o de la segunda
gene ación. Los más ex endidos son los eac o es de agua lige a, an o los PWR como los BWR
(Boiling Wa e Reac o ) aunque den o de es a gene ación en an muchos o os. La segunda
gene ación de eac o es iene una ida ope acional de 40 años ex ensibles has a 80 años de ida
siemp e que se ealice una comple a e isión y eemplazo del con enedo de p esión del eac o .
Una inno ación decisi a den o de los eac o es de segunda gene ación ue el eac o CANDU,
diseñado en Canadá a inales de los años 50 y en los años 60. Su denominación p o iene de la
exp esión “CANadá Deu e ium U anium” haciendo e e encia a su mode ado de neu ones de
óxido de deu e io ( ambién denominado agua pesada). Se a a de un eac o de agua pesada
p esu izada PHWR (en ingles P essu ized Hea y Wa e Reac o ) Ac ualmen e en Canadá odos
los eac o es ac i os son del ipo CANDU [ 12].
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del u anio, pues el mé odo únicamen e necesi a u anio na u al o empob ecido pa a pode
lle a se a cabo. Sumado a es o, los únicos esiduos que se asladan al almacenamien o inal en
es e p oceso son los agmen os de isión y las pe didas en los p ocesos de ep ocesado y
ab icación, como se puede e en el esquema de la Figu a 3-8, llegando así a un ac o de
educción de esiduos de más de 1000 en masa en compa ación con las cen ales nuclea es
con encionales, sin ep ocesado.
Figu a 3-8.- Esquema del ep ocesado
En esumen, p oduciendo elec icidad en eac o es é micos, se gene a u anio empob ecido y
esiduos de combus ibles. A con inuación, el plu onio p esen e en los esiduos de dichos
eac o es jun o con el u anio empob ecido es u ilizado pa a a anca eac o es ápidos. Es os
eac o es, son capaces de ap o echa el plu onio y los ac ínidos mino i a ios, apa e de
au oabas ece se de plu onio ep ocesado, acabando así con sus p opios esiduos.
3.5.4 La apa ición de los SMR (Small Modula Reac o )
Los eac o es modula es pequeños son eac o es nuclea es a anzados con una capacidad de
po encia de has a 3000 MW po unidad. Los SMR han sido desa ollados po una a iedad de
emp esas y o ganizaciones en odo el mundo. Es os desa ollos incluyen inicia i as an o del
sec o p i ado como de gobie nos y conso cios in e nacionales. En e los países en a Es ados
Unidos, China, Japón, Rusia, Reino Unido, Co ea del Su y Canadá. En la Figu a 3-9 se puede
ap ecia una pequeña compa ación de los eac o es modula es pequeños con los eac o es de
cen ales g andes, con sus espec i as po encias, pa a hace se una idea de la magni ud de la
ins alación que puede abas ece cada uno. Los eac o es con encionales son capaces de
abas ece ciudades en e as mien as que los eac o es modula es pequeños es án diseñados
pa a abas ece a ab icas o plan as más pequeñas.

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Figu a 3-9.- Compa ación de eac o es según su amaño [ 18].
Es os eac o es nacen jun o con la Gene ación IV de eac o es La mayo ía de los bene icios de
los SMR es án inculados a la na u aleza de su diseño, son pequeños y modula es. Pueden
coloca se en luga es donde no se pod ía es ablece una cen al nuclea más g ande. Es os
diseños pueden cons ui se comple amen e y luego en ia se a su des ino. G acias a es o su
cons ucción es más asequible, lo que pe mi e aho an en cos es y iempo de cons ucción.
En zonas que ca ecen de su icien es líneas de ansmisión y capacidad de ed los SMR pueden
ins ala se en una ed exis en e o en una ubicación emo a sin conexión a la ed, debido a su
meno p oducción eléc ica, y p opo ciona ene gía con bajas emisiones de ca bono pa a la
indus ia y la población.
Va ias ins i uciones, públicas y p i adas es án ac ualmen e abajando en hace p ospe a la
ecnología de los SMR. Ac ualmen e Rusia ya p oduce ene gía con un SMR en su plan a lo an e
de Akademik Lomonoso con 35 MW. En A gen ina, Canadá, China, Co ea del Su y es ados
Unidos hay o os SMR en desa ollo [ 18].
3.5.5 Diseños de eac o es de nue a gene ación
Una ez is os los concep os de eac o ápido y de ciclo ce ado de combus ible median e el
mé odo del ep oceso, en es e apa ado se e án los seis diseños di e en es de eac o es de
cua a gene ación p opues os po el GIF.
3.5.5.1 GFR (Gas cooled Fas Reac o )
El diseño GFR cons a de un eac o de neu ones ápido e ige ado po helio de al a empe a u a
que dispone de ciclo ce ado de combus ible. Es e ipo de eac o es u ilizan una u bina de helio
pa a la p oducción de ene gía eléc ica y, ienen la pequeña en aja de que pueden u iliza el
calo del p oceso pa a la p oducción e moquímica de hid ogeno pa a o as aplicaciones. El GFR
combina la ecnología de eciclado de combus ible del SFR, y la ecnología pa a el eac o del
VHTR pa a da un eac o de cua a gene ación con las en ajas de sos enibilidad en cuan o al
la go plazo de los ecu sos de u anio y la minimización de los esiduos.
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El diseño se basa en un eac o de 2400 MW h [ 19] (mega a ios é micos, unidad que mide la
can idad de ene gía é mica libe ada) con enido den o de un ecipien e de p esión de ace o. El
núcleo del eac o , en es e caso, es á compues o po elemen os combus ibles hexagonales, cada
uno de los cuales cons a de pasado es e es idos de ce ámica y alimen ados con ca bu o mix o
con enidos den o de un ubo hexagonal de ce ámica. En la Figu a 3-10 se puede obse a el
núcleo de uno de es os eac o es con sus dos in e cambiado es de calo p incipales. A modo de
segu idad, odo el ci cui o p ima io es á con enido den o de un edi icio de con ención. El
sis ema de con e sión de ene gía se encuen a en un edi icio adyacen e.
Figu a 3-10.- Vasija de ace o de un eac o GFR con dos in e cambiado es p incipales y bucles
de eliminación de calo de desin eg ación
La empe a u a de salida del núcleo es de unos 850 °C, los cuales an a disminui median e
in e cambiado es de calo . Un p ime in e cambiado ans ie e el calo del e ige an e de helio
a un ciclo de gas secunda io que con iene una mezcla de helio y ni ógeno. En es e mismo ci cui o
secunda io, dicha mezcla impulsa una u bina de gas de ciclo ce ado. El calo esidual de los
gases salien es de la u bina se u iliza pa a gene a apo en un gene ado de apo , que es e, a
su ez, impulsa o a u bina de apo . Es e ciclo combinado es una p ác ica común en cen ales
é micas alimen adas con gas na u al, lo que quie e deci que es una ecnología iable y
es ablecida, siendo la única di e encia en el caso del GFR el uso de la u bina de gas de ciclo
ce ado.
Un g an paso pa a el diseño se ía un eac o expe imen al, del que se enca ga el p oyec o
ALLEGRO. El p oyec o ALLEGRO es un concep o de unidad de demos ación de la ecnología GFR
desa ollado en Eu opa. El obje i o es pode obse a el e dade o p og eso de las ecnologías
especí icas como el combus ible y los sis emas de segu idad, así como demos a que es as
ca ac e ís icas pueden se implan adas sin p oblema en diseños simila es [ 25].
P á g i n a 35 | 74
Figu a 3-11.- Diseño del GFR del p oyec o ALLEGRO [ 25]
El p oyec o ALLEGRO cuen a con una nue a ecnología pa en ada de segu idad. Un sis ema de
eliminación de calo de desin eg ación (DHR) pa a eac o es e ige ados po gas con conduc os
coaxiales. El sis ema es o almen e pasi o y p ác icamen e elimina la posibilidad de acciden es
g a es.
El eac o ALLEGRO end á 75 MW de po encia con 850 °C de empe a u a de salida del
e ige an e de Helio del eac o . Es a á compues o de dos lazos p ima ios y e ige ación po
agua en el lazo secunda io. El eac o es a á en un ecipien e p ima io den o de un edi icio de
con ención a modo de p o ección con a pelig os ex e nos y allos in e nos. El combus ible en
es udio pa a los eac o es GFR es 238U combinado con MOX. Las pas illas de es e combus ible se
inse an en un al ile ce ámico que cons a de una capa inísima in e io de ca bu o de silicio (SiC),
una malla me álica in e media, y una nue a capa ex e io de SiC.
3.5.5.2 LFR (Lead cooled as eac o )
El ipo de eac o LFR consis e en un diseño de eac o ápido e ige ado po plomo o po
aleaciones basadas en plomo. Funcionan a al a empe a u a y a una p esión simila a la
a mos é ica. Es as condiciones se deben al pun o de ebullición del e ige an e que se encuen a
en o no a los 1700 °C, y a su baja p esión de apo . El hecho de que es e e ige ado po plomo
pe mi e man ene a los elec ones con al os ni eles de ene gía g acias a su baja abso ción de
neu ones, lo que pe mi e una mejo u ilización del combus ible, p olongando la ida ú il del
núcleo. La p esencia de más neu ones ápidos disponibles aumen a la asa de con e sión, lo
que con ibuye a una mayo p oducción de combus ible isionable y ex iende la ida ú il del
combus ible. Los planos de diseño p esen ados po el GIF se basan en el concep o ELFR de la
Unión Eu opea, el BREST-OD-300 uso y en el diseño SSTAR desa ollado en Es ados Unidos ( e
Figu a 3-12). O os países ambién ienen en desa ollo sus diseños de LFR como China, Suecia,
Co ea y Japón.
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Figu a 3-12.- Esquemas de los eac o es ELFR, BREST-OD-300 y SSTAR.
Es e diseño ambién u iliza un ciclo de combus ible ce ado pa a la con e sión del u anio é il
en ma e iales isibles como el 239Pu, aunque ambién puede u iliza se pa a consumi ac ínidos
mino i a ios del combus ible gas ado de eac o es con ma ices de o io. Un a ance impo an e
en el diseño del LFR es la segu idad que apo a la elección del plomo como e ige an e. El plomo
iene un pun o de ebullición muy al o, lo cual educe el iesgo de ebullición del e ige an e, una
de las causas posibles de allo de la plan a. Es a en aja ambién simpli ica la plan a y mejo a el
endimien o económico. Apa e, el plomo es muy abundan e lo que implica que no hay
p oblema en el núme o de eac o es LFR que se quie an cons ui en un u u o.
O a en aja de la u ilización del e ige an e de plomo es su poca a inidad química. En
compa ación con o os e ige an es como el agua o el sodio, el plomo no admi e in e acciones
químicas que puedan libe a ene gía calo í ica en caso de acciden e. Es o hace que se pueda
elimina la necesidad de implan a un sis ema de e ige ación in e medio pa a aisla el
e ige an e p ima io del agua y del apo del sis ema, lo que signi ica un g an a ance
económicamen e.
El eac o LFR puede demos a que an e un acciden e como el de la plan a de Fukushima iene
ca ac e ís icas supe io es a los eac o es de ese momen o. Uno de los p incipales allos en
Fukushima ue el allo en los sis emas de gene ación de ene gía ex e nos a la plan a pa a la
e ige ación auxilia . Un LFR no necesi a sis emas de ene gía de espaldo pues o que se ía
esis en e en condiciones de apagón g acias a la eliminación pasi a del calo de desin eg ación
y o as ca ac e ís icas del e ige an e [ 20].
En e los p oyec os de eac o es LFR en la ac ualidad, el más a anzado es el eac o uso BREST-
OD-300. Su cons ucción ue ap obada en 2016 y se puso en cons ucción en 2021 ( e Figu a
3-13). Se á una unidad expe imen al de demos ación p ecu so a del BREST-1200. En el des aca
su segu idad. Es e eac o u iliza como combus ible ni u o de u anio y plu onio. La combinación
del combus ible con el e ige an e de plomo pe mi e la ep oducción comple a del plu onio
den o del núcleo que a su ez expe imen a a isión en el espec o ápido dando luga a la
ene gía calo í ica deseada.
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Figu a 3-13.- Reac o BREST-OD-300 en cons ucción
3.5.5.3 MSR (Mol en Sal Reac o )
El eac o de sales undidas basa su uncionamien o en un núcleo con espec o é mico (con
neu ones é micos) mode ado po g a i o. En es e caso el combus ible se encuen a disuel o en
sales de luo u o undido como se puede e en la que ac úan como e ige an e. Es a ecnología
se es udió po p ime a ez hace más de 50 años como es a egia pa a comba i los p oblemas
de co osión y agilización analizados en o os eac o es. T abaja a bajas p esiones y muy al as
empe a u as, pe mi iendo así ob ene excelen es e iciencias é micas y dispone de ciclo un ciclo
de combus ible con eciclaje comple o de ac ínidos.
Figu a 3-14.- Esquema de un eac o MSR [ 21]
Desde 2005 la mayo ía del desa ollo e in es igación dedicados a los MSR se ha cen ado en MSR
de neu ones ápidos (MSFR po sus siglas en ingles Mol en Sal Fas Reac o ) pa a a a de
combina las en ajas de los eac o es de neu ones ápidos con las ela i as al e ige an e de
sales de luo u os.
A di e encia de o os eac o es de combus ible sólido, los MSFR ienen menos can idad de
ma e ial isible y ienen una composición homogénea de combus ible en el eac o . Es as y o as
ca ac e ís icas hacen que los MSFR engan capacidades únicas pa a la combus ión de ac ínidos
y pa a la ampliación de ecu sos de combus ible. Un líquido ci culan e que ambién desempeña

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el papel de e ige an e iene algunas en ajas como la e asión del e aso en la ans e encia de
calo del combus ible al e ige an e, una más ácil eca ga po ene el combus ible disuel o.
El sis ema del MSFR incluye es ci cui os: el ci cui o del combus ible, el ci cui o de e ige ación
in e media, y el ci cui o de con e sión de ene gía. El p ime ci cui o, de inido como el que
con iene la sal de combus ible incluye la ca idad cen al, las ube ías de en ada y salida, un
sis ema de inyección de gas, sepa ado es de bu bujas de sal bombas e in e cambiado es de calo
( e Figu a 3-15). El combus ible luye desde el ondo has a la pa e supe io . Una ez sale del
núcleo, la sal de combus ible se alimen a a 16 g upos de bombas e in e cambiado es de calo
ubicados al ededo del núcleo. El olumen o al de combus ible se dis ibuye en mi ades. La
mi ad den o del núcleo y la o a mi ad en la pa e ex e na del ci cui o.
Figu a 3-15.- Ci cui o del combus ible de un eac o MSFR
Los desa ollos de MSR en Rusia en el eciclado y ansmu ado de ac ínidos de sal undida
MOSART (Mol en Sal Ac inide Recycle and T ansmu e ) apun an a se u ilizados como
quemado es de combus ible gas ado de eac o es de agua lige a. Ac ualmen e se hallan en
es udio o os concep os de eac o es MSR que u ilizan la ecnología del e ige an e de sal
liquida con combus ibles simila es a los eac o es e ige ados po gas [ 21].
3.5.5.4 SCWR (Supe c i ical Wa e cooled Reac o )
Es os eac o es u ilizan, al igual que la mayo ía de los eac o es en ope ación has a aho a, agua
lige a como e ige an e. Lo que los hace pe enece a la cua a gene ación de eac o es es que
uncionan po encima del pun o c í ico e modinámico del e ige an e. Pueden u iliza un
espec o de neu ones ápido o é mico, dependiendo del eac o . Algunos es udios de diseño
demues an que la e iciencia ne a de es os eac o es puede si ua se en o no al 44% con una
educción de cos es de en e el 20% y el 30% en e a diseños come ciales.
Al con a io de los eac o es e ige ados po agua ac uales, el e ige an e expe imen a á un
aumen o de la en alpía signi ica i amen e mayo en el núcleo mejo ando el endimien o de los
componen es del ci cui o. Pa a los diseños de ecipien e a p esión y ubo a p esión se ha
ba ajado la opción de un ciclo de apo de un solo paso con el in de omi i cualquie
eci culación del e ige an e den o del eac o . Al igual que en los eac o es de hoy en día, el
apo se suminis a á di ec amen e a la u bina y el agua de alimen ación del ciclo de apo se á
econducida de uel a al núcleo.
En la ac ualidad, los es ue zos más impo an es en el desa ollo de es e modelo se cen an en la
mejo a de las aleaciones de los componen es es uc u ales an o del combus ible como del
p opio eac o . De nue o, la co osión y el ag ie amien o que se p oducen du an e las
condiciones de ope ación suponen el p incipal pelig o pa a es e inno ado diseño.
P á g i n a 39 | 74
En Japón se han ealizado es udios de diseño de núcleos p econcep uales pa a una empe a u a
de salida del núcleo de más de 500 °C, suponiendo un espec o de neu ones é micos o un
espec o de neu ones ápidos. Ambas opciones se basan en un calen amien o del e ige an e
en dos pasos con una mezcla in e media debajo del núcleo. El agua de alimen ación den o de
las ba as de agua p opo ciona un mode ado adicional pa a un espec o de neu ones é micos.
La opción de espec o ápido u iliza capas de hid u o de ci conio (Z H2) pa a minimiza el
endu ecimien o de los neu ones en caso de que se o men huecos en el núcleo. En la Figu a
3-16 se pueden ap ecia las en ajas económicas en cuan o a componen es de los eac o es
SCWR en e a los PWR y a los BWR.
Figu a 3-16.- Compa ación de los núcleos de los eac o es PWR y BWR con el SCWR.
En Eu opa se ha desa ollado un diseño p econcep ual de un eac o de ipo asija de p esión
con una empe a u a de salida del núcleo de 500 °C y una po encia eléc ica de 1000 MW. El
diseño del núcleo se basa en el calen amien o del e ige an e en es pasos. Se p opo ciona un
mode ado adicional pa a el espec o de neu ones é micos en ba as de agua y en los espacios
en e las cajas de ensamblaje. El diseño de la isla nuclea y del es o de la plan a con i ma los
esul ados ob enidos en Japón, es deci , una mejo a de la e iciencia de has a el 43,5% y un
po encial de educción de cos os del 20 al 30% en compa ación con los úl imos eac o es de
agua en ebullición.
En Rusia, país al cual llego el diseño de los SCWR en 2011, es án en desa ollo es concep os
di e en es con es a ecnología de ecipien e a p esión. Uno con neu ones é micos, o o con
neu ones ápidos y o o mix o.
3.5.5.5 SFR (Sodium cooled Fas Reac o )
Con el SFR eapa ecen los eac o es ápidos. Es e ipo de eac o es se basa en un eac o de
neu ones ápidos e ige ado po sodio liquido con ciclo ce ado de combus ible, que pe mi e
una al a po encia con un olumen ela i amen e bajo de e ige an e. Es po eso po lo que es e
diseño es capaz de ope a a bajas p esiones en el ci cui o p ima io.
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Figu a 3-17.- Esquema de un eac o SFR
Las opciones po conside a pa a los SFR an desde eac o es modula es pequeños de 300 MW
has a g andes plan as de 1500 MW. La empe a u a de salida del e ige an e es a en e 500 y
550 °C lo cual pe mi e ap o echa se del desa ollo de ma e iales u ilizado en eac o es
an e io es. El ciclo ce ado de combus ible pe mi e la egene ación de combus ible isible y
acili a la ges ión de ac ínidos mino i a ios. En cuan o a la segu idad cuen a con un la go ma gen
de ebullición del e ige an e, un sis ema p ima io que ope a ce ca de la p esión a mos é ica y
un sis ema de sodio in e medio en e el sodio adiac i o en el sis ema p ima io y el sis ema de
con e sión de ene gía.
Con inno aciones pendien es pa a educi los cos es del SFR, es e diseño apun a se compe i i o
en el me cado, económicamen e hablando, eniendo en cuen a que su espec o ápido de
neu ones amplia en g an medida los ecu sos de u anio en compa ación con los eac o es de
espec o é mico.
El hecho de con a con un espec o ápido de neu ones hace que los eac o es SFR sean muy
e icaces pa a la isión de ac ínidos. En e las p incipales ca ac e ís icas como ges o de ac ínidos
se encuen a su consumo de ansu ánicos en el ciclo de combus ible ce ado lo que educe su
adioac i idad y su ca ga é mica acili ando la eliminación de esiduos y su pos e io
aislamien o. También des aca su mejo u ilización de los ecu sos de u anio median e la ges ión
de los ma e iales isibles.
3.5.5.6 VHTR (Ve y High Tempe a u e Reac o )
Los eac o es de muy al a empe a u a es as dedicados p incipalmen e a la gene ación de
hid ogeno en una plan a adyacen e al eac o como se puede e en la Figu a 3-18, apa e de a
la gene ación de ene gía eléc ica, debido a su al a empe a u a de salida, del o den de 1000 °C
El hid ogeno es gene ado median e p ocesos e moquímicos, elec oquímicos o mix os. Su al a
empe a u a los a ac i os pa a indus ias como la pe ole a o la side ú gica. Pa a es as
aplicaciones de calo nuclea , el p oceso de aplicación de calo a acoplado al eac o a a és de
un in e cambiado de calo in e medio.
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Figu a 3-18.- Esquema de un eac o VHTR
La ecnología de los VHTR se basa en un combus ible de pa ículas ecubie as de TRISO, un
núcleo con es uc u a de g a i o, un e ige an e de helio y una meno densidad de po encia pa a
elimina el calo de desin eg ación de o ma na u al. El combus ible i-iso ópico (TRISO) de
pa ículas es á compues o po u anio, ca bono y oxígeno ecubie os po cua o capas ( e Figu a
3-19) de ma e iales a base de ca bono y ce ámica que impiden la emisión de p oduc os de isión
adiac i os.
Figu a 3-19.- Pa es de una bola de combus ible TRISO
Su diseño se compone de dos con igu aciones ípicas pa a la disposición del combus ible den o
del eac o . La con igu ación de lecho de bolas como el de la Figu a 3-20 (PBR po sus siglas en
ingles Pebble Bed Reac o ) y la con igu ación de bloque p ismá ico. Aunque la o ma del
elemen o combus ible sea di e en e, los undamen os écnicos pa a ambas con igu aciones son
los mismos. El combus ible de pa ículas ecubie as de TRISO en la ma iz de g a i o, la
es uc u a del núcleo de g a i o, el e ige an e de helio y la baja densidad de po encia.
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Figu a 4-3.- P ime almacén geológico p o undo cons uido en Olkiluo o, Finlandia
La emp esa esponsable de la cons ucción ya ha e minado los cinco p ime os úneles de una
longi ud de 1700 me os, que inalmen e se án 5000, con una al u a de 6,3 me os. Se encuen a
a 430 me os de p o undad, y a 420 po debajo del ni el del ma . Onkalo es el p ime almacén
geológico p o undo, pe o no se á el úl imo ya que Suecia ha comenzado la cons ucción del suyo
y F ancia, Suiza y Reino Unido es án es udiando posibles ubicaciones de cons ucción.
En Suecia ambién se encuen a en cons ucción o o almacenamien o geológico p o undo. El
27 de ene o de 2022, el gobie no sueco decidió da paso a la emp esa SKB pa a cons ui el AGP.
Cons a á de un sis ema de úneles de 60 kilóme os de la go ocupando en e 3 y 4 kilóme os
cuad ados a una p o undidad de 500 me os bajo ie a [ 28].
A pesa de que el AGP sea la solución in e nacionalmen e acep ada pa a la ges ión segu a a la go
plazo del combus ible gas ado y de los esiduos adiac i os, as más de 30 años de expe iencia
en la in es igación, en el momen o ac ual el conocimien o cien í ico y écnico equie e el apoyo
polí ico y social pa a pode con inua con el desa ollo.
4.1.2 Acele ado lineal supe conduc o (ADS)
Los ADS (po sus siglas en inglés Accele a o D i en Sys em) pueden esol e e icien emen e los
p oblemas de eciclaje de combus ible nuclea y elimina de o ma segu a los desechos
nuclea es. Un pa e de los p oduc os de isión se desin eg an ápidamen e ya que su
adiac i idad se educe a menos del 0,1 % del ni el o iginal en los p ime os 50 años. Pe o o a
pa e son los ac ínidos de la ga du ación como el plu onio o el 238U. La ansmu ación de es os
esiduos adiac i os de la ga ida se puede lle a a cabo po un acele ado (ADS) donde los
neu ones p oducidos se di ijan al combus ible usado.
Los acele ado es son capaces de p oduci neu ones a pa i de elemen os pesados po
bomba deo de p o ones en un p oceso llamado espalación. Los neu ones de espalación pueden
u iliza se pa a causa las isiones en iso opos isionables del u anio o del plu onio, p oduciendo
ene gía. Pe o la g an en aja de es o es que el ADS es capaz de ansmu a isó opos pesados
con enidos en el combus ible usado de un eac o nuclea con encional, en pa icula ac ínidos,
y ol e a u iliza los en un eac o .
En es e con ex o, el Ins i u o de Física Mode nas de la Academia China de Ciencias ha
comple ado el p ime p o o ipo del acele ado de pa ículas, es deci , el cañón de p o ones
median e el cual se p oduci án los neu ones que bomba dea án el combus ible usado con el in
de gene a ma e ial isible. Es e cañón dispa a un haz de p o ones de onda con inua de 10mA.

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Funciona de o ma es able du an e 100 ho as, con una po encia máxima del haz de 205 kW y
una disponibilidad supe io al 93%. Es a es la p ime a ez desde que se p opuso el concep o ADS
en la década de 1980 que la in ensidad del lujo del cañón de haz de pa ículas alcanza el índice
pa a aplicación indus ial [ 29].
Figu a 4-4.- P o o ipo del ADS de la Academia de Ciencias de China
La cons ucción de es e p o o ipo lle ado a cabo po la Academia de Ciencias de China no implica
que se haya solucionado el p oblema de los esiduos nuclea es po comple o, aunque si es un
g an a ance signi ica i o pa a ayuda a consegui lo.
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5 .- Fusión Nuclea
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La ene gía p o enien e de la usión nuclea se es á desa ollando como un mé odo de ob ención
de ene gía limpia, lib e de emisiones de ca bono, pa a su uso en la gene ación de ene gía
eléc ica. Las pe sonas que op an po es e ipo de ecnología en en ella una de las p incipales
uen es ene gé icas del u u o pe mi iendo sa is ace la g an demanda global de elec icidad en
un mundo en el cual, las es icciones de emisiones de CO2 cada ez son mayo es. En la
ac ualidad, la in es igación en la usión nuclea aún se encuen a en ase expe imen al, sin
emba go, se es án ealizando g andes es ue zos en el desa ollo y demos ación de la iabilidad
an o écnica como económica de es e ipo de ecnología [ 30].
La es a egia pa a el a ance de la usión nuclea , lle ada a cabo po EUROFusión [ 30], iene su
pun o de pa ida en las ins alaciones del Join Eu opean To us (JET) en Reino Unido. En ellas se
han ealizado di e sos expe imen os cuyos esul ados han ayudado a da o ma al diseño y
ope ación de ITER (In e na ional The monuclea Expe imen al Reac o ), el eac o de usión
nuclea , aho a mismo en cons ucción, en el su de F ancia (Cada ache). Se espe a, que es e
con i me la iabilidad de es e ipo de ecnología [ 31] y, se p e é en e en uncionamien o a
inales del año 2025 pa a pequeños expe imen os, y en 2035 a pleno endimien o. El ITER
gene a á 500 MW de po encia y se á el enca gado de demos a que es posible incluso la
gene ación del combus ible i io, el cual se á esencial pa a el u u o de las plan as de usión
nuclea es. Finalmen e, el conocimien o adqui ido con ITER se usa á en el desa ollo de DEMO
(DEMOns a ion Powe S a ion), paso in e medio en e ITER y la plan a de ene gía de usión
come cial. Una ez cons uido, se espe a que DEMO sea un eac o capaz de pode suminis a
ene gía eléc ica a la ed, desa ollando una po encia de en e 2,5 y 5 GW [ 30].
Un ema de especial con o e sia adica en la es igma ización que lle a consigo el é mino
nuclea , debido en pa e a sus ínculos con los é minos adiación y adiac i idad. Po ejemplo,
ac ualmen e la gene ación de ene gía nuclea , es deci , los eac o es de agua lige a p esu izada
(PWR) y los eac o es de agua en ebullición (BWR), emplean u anio en iquecido pa a impulsa la
eacción de isión y gene a ene gía. Dicho combus ible c ea una uen e de esiduos al amen e
adiac i a y de la ga du ación. Sin emba go, la usión nuclea no usa u anio como uen e de
combus ible, empleando en su luga dos isó opos del hid ógeno (deu e io y i io) a al as
empe a u as pa a gene a ene gía [ 32]. El deu e io no es un isó opo adiac i o, sin emba go, el
i io sí lo es, aunque su ida media es baja en compa ación con la del u anio.
El hecho de que la po encia de usión en DEMO sea no o iamen e supe io a la de ITER, implica
unas condiciones de ope ación más se e as an o é mica como po lujo de i adiación de
neu ones. Ac ualmen e, las opciones en las que se piensa pa a e ige a el blanke , la p ime a
capa en con ac o con el olumen de con inamien o, se basan p incipalmen e en agua o helio. El
helio p opo ciona una mayo e iciencia del p oceso ya que es capaz de abaja a empe a u as
mayo es, p o ocando a su ez que los eque imien os de los ma e iales empleados deban se
supe io es. En DEMO, a di e encia de ITER, se espe a que el daño po neu ones sea de 50-80
dpa (desplazamien os po á omo). Además, la g an p oducción de hid ógeno y helio p o oca án
hinchamien o y agilización, lo que hace imposible el uso de ace os aus ení icos como ma e ial
es uc u al, que a su ez enca ece el p oyec o.
Du an e la usión nuclea , los combus ibles que se inyec an al eac o eaccionan en e sí y
libe an ene gía, es a es ans o mada en ene gía ciné ica de los p oduc os de la eacción. Es os
p oduc os de eacción chocan con los ma e iales que les odean alen izándose y ans o mando
esa ene gía ciné ica en ene gía en o ma de calo . Pa e de es a ene gía en o ma de calo se
u iliza pa a man ene la empe a u a del plasma y el es o se con ie e en elec icidad.
Finalmen e, una mínima pa e de es a elec icidad se usa pa a man ene los sis emas auxilia es
de la plan a de po encia y la mayo ía es des inada a alimen a la ed de abas ecimien o de los
consumido es. Es a se u iliza á básicamen e pa a encende igo í icos, luces, ele isiones, e c.
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Po o a pa e, es un hecho que odo lo que nos odea es ma e ia; dicha ma e ia es á compues a
po núcleos y elec ones. A su ez, cuando dicha ma e ia no es á muy calien e, es á o mada po
á omos, cada uno de los cuales iene un pequeño núcleo denso posi i amen e ca gado. Los
núcleos es án compues os po p o ones (ca ga posi i a) y po neu ones (ca ga neu a) y,
al ededo de los cuales es án los elec ones, cada uno de los cuales es á ca gado nega i amen e.
En un á omo neu o, la ca ga posi i a del núcleo es á con a es ada po la ca ga nega i a de los
elec ones que le odean. Es posible que los á omos no es én pe ec amen e balanceados (ca ga
neu a), se habla en onces de iones; es os iones pueden es a an o posi i amen e como
nega i amen e ca gados.
De ca a a pode en ende los combus ibles u ilizados pa a lle a a cabo la usión, es necesa io
habla de lo que es un isó opo. Un á omo si es neu o posee el mismo núme o de elec ones que
de p o ones. Su compo amien o químico no depende á de cuan os neu ones haya en su núcleo
y dependiendo del núcleo end á un núme o de neu ones u o o. Se dice en onces que los
á omos con el mismo núme o de p o ones, pe o di e en e núme o de neu ones en su núcleo
son isó opos el uno del o o.
Los isó opos pueden se es ables o adiac i os. Un pa áme o que ca ac e iza cuan adiac i o es
un isó opo es su “ ida media” o, en inglés “hal -li e”. Es deci , es el iempo que anscu e pa a
que se desin eg e la mi ad de la mues a. En el ámbi o de la usión nuclea son es los isó opos
más impo an es, odos p o enien es del hid ógeno: el núcleo común del hid ógeno, llamado
p o ón (1H), el cual consis e en un p o ón y ningún neu ón; deu e io (2H), consis en e en un
p o ón y en un neu ón; y po úl imo, el núcleo de i io (3H), o mado po un p o ón y dos
neu ones. Tan o el núcleo o dina io del hid ógeno como el deu e io son isó opos es ables y, po
an o, ambos se pueden ob ene de o ma ela i amen e sencilla de la na u aleza. El deu e io no
es adiac i o. Es e se puede encon a en la supe icie de la co eza e es e en o ma de agua,
ap oximadamen e uno de cada 6500 núcleos de hid ógeno es deu e io. La molécula de agua que
posee el núcleo de deu e io se denomina agua pesada, esc i a como D2O (la molécula de agua
que comúnmen e conocemos es la de H2O, ambién denominada agua lige a). Con espec o a la
p oducción de agua pesada, el p incipal p oduc o se encuen a en On a io, Canadá.
Sin emba go, el i io es un isó opo adiac i o con una ida-media de 12,3 años po lo que no
exis e na u almen e en nues o plane a. En el mundo hay almacenes de i io, siendo una ez
más en Canadá donde se encuen a la mayo ía, en la plan a de isión CANDU.
5.1 Reacciones nuclea es
Así como los elemen os químicos eaccionan en e sí pa a p oduci o os elemen os en una
eacción química, de igual mane a, en una eacción nuclea in e accionan dis in os núcleos pa a
p oduci o os. Las eacciones nuclea es ambién libe an ene gía, muchísima más de la que
pueden llega a libe a las eacciones químicas.
En la usión se busca que dos núcleos lige os (no malmen e isó opos del hid ógeno) se ace quen
lo su icien e en e sí pa a supe a la p opia epulsión elec os á ica y consigan uni se pa a da
luga a un nue o núcleo y ene gía. Pa a consegui es o se necesi an empe a u as al ísimas, de
millones de g ados. A esa empe a u a los combus ibles empleados es a án en un es ado
denominado plasma (cua o es ado de la ma e ia), y de ca a a conse a esas al as empe a u as
es imp escindible que el plasma no choque con las pa edes del eac o .
La condición pa a que una eacción nuclea sea posible es que el núme o o al de p o ones y
neu ones sea el mismo en los eac i os y en los p oduc os. En usión las dos eacciones
p incipales quedan e lejadas en la ecuación ( 2) y en la ecuación ( 3).
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𝐻 + 𝐻
⬚
3 →
⬚
2𝑛 + 𝐻𝑒 + 17,6 𝑀𝑒𝑉
⬚
4
( 2)
Los eac i os de la ecuación ( 2) ep esen ada en la Figu a 5-1 son el deu e io (2H) y el i io (3H),
siendo los p oduc os, un núcleo de helio y un neu ón, lle ando el 20 y el 80 po cien o de la
ene gía libe ada po la eacción de usión ( eacción exo é mica), espec i amen e. En dicha
igu a se puede ap ecia como el balance de neu ones y p o ones es neu o. Inicialmen e dicha
ene gía libe ada es á en o ma de ene gía ciné ica; los núcleos de helio, al ene ca ga eléc ica,
se alen izan en el plasma. Bajan su empe a u a has a la del mismo plasma, p incipalmen e al
colisiona con los elec ones del plasma y con los núcleos de i io y deu e io. Como
consecuencia de es e choque de pa ículas, se ans ie e calo al plasma, lo cual ayuda á a
man ene la empe a u a del mismo. Casi la o alidad del helio se ex ae del eac o , excep o
cie a can idad que se á abso bida po los ma e iales que odean al plasma, dañándolos. Los
neu ones, al no ene ca ga eléc ica, no se án e enidos po el plasma, y iaja án lib emen e
sin pe de su ene gía inicial. La mayo ía de dichos neu ones se án abso bidos po la en ol u a
gene ado a de i io o, en inglés blanke , donde end á luga la eacción con el li io, e ecuación
( 3) que se ep esen a en la Figu a 5-2.
Figu a 5-1.- Reacción 1 de usión [ 33]
A di e encia del deu e io, el i io es un isó opo adiac i o con una baja ida-media (12,3 años).
Es o hace que sea casi imposible ob ene núcleos de i io en la supe icie e es e. Po an o,
se ha pensado en que la p opia plan a nuclea posea una egene ación de dicho isó opo. Se
espe a que la egene ación de i io se pueda lle a a cabo median e una segunda eacción
nuclea que in oluc a a los neu ones que se ob ienen de la ecuación ( 2) y al li io inme so en el
blanke que odea al plasma, al y como mues a la ecuación ( 3).
El li io se encuen a en la na u aleza o mando dos isó opos: 6Li y 7Li. El segundo de ellos es
mucho más abundan e que el p ime o, sin emba go, el 6Li abso be mucho mejo los neu ones
po lo que gene a i io con mayo e ec i idad.
𝑛 + 𝐿𝑖 →
⬚
6𝐻 +
⬚
3𝐻𝑒 + 4,8 𝑀𝑒𝑉
⬚
4
( 3)

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Figu a 5-2.- Reacción 2 de usión [ 33]
Exis e una segunda ía pa a consegui la ene gía de usión. Es a se basa en la ecuación ( 4),
ambién conocida como eacción p o ón-bo o-once (p o on-bo on-ele en o p-11B). Los eac i os
son un p o ón y un núcleo de bo o-11, pa a ob ene 3 núcleo de helio-4 y ene gía. Como se
puede obse a , en es a eacción de usión no se ob ienen neu ones, y po ello ambién se la
conoce po el nomb e de usión aneu ónica [ 34].
𝑝 + 𝐵 → 3 ∙
⬚
11 𝐻𝑒 + 8,7 𝑀𝑒𝑉
⬚
4
( 4)
Las p incipales en ajas de es a ecnología son las siguien es:
• no es necesa io el uso del i io
• al no p oduci se neu ones se e i a el daño es uc u al de los di e en es ma e iales que
los eciben y abso ben.
No obs an e, se necesi a ap oximadamen e diez eces más empe a u a pa a man ene la usión
que con las eacciones D-T (deu e io- i io) y el con inamien o del plasma no se á magné ico,
sino ine cial. En el siguien e apa ado se explican las p incipales di e encias en e ambos ipos
de con inamien o.
Pa a que puedan lle a se a cabo las eacciones de usión con a es ándose las ue zas epulsi as
exis en es en e sus á omos, es necesa io que el combus ible se encuen e ionizado. En un
eac o de usión se alcanzan empe a u as muy ele adas, a esas empe a u as los elec ones se
desp enden de los núcleos a los cuales pe enecen enciéndose dichas ue zas de epulsión, ese
es ado al cual llega la ma e ia se denomina plasma. El plasma es el denominado cua o es ado
de la ma e ia, jun o a los sólidos, los líquidos y los gases. En la na u aleza es di ícil encon a
ma e ia en es ado de plasma, un buen ejemplo es el Sol, cuyo núcleo alcanza empe a u as de
has a 15 millones de g ados Celsius. En los eac o es de usión se deben alcanza incluso
empe a u as más al as.
5.2 Con inamien o magné ico y Con inamien o ine cial
Pa a e i a que las pa ículas ca gadas eléc icamen e abandonen el plasma y acaben chocando
con las pa edes de la cáma a de usión del eac o , es necesa io con ina ese plasma. Hoy en día
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se es udian dos mé odos de con inamien o que se explica án a con inuación: con inamien o
magné ico e ine cial.
5.2.1 Con inamien o magné ico
El con inamien o magné ico es hoy en día la o ma más in es igada pa a con ina el plasma. La
con igu ación de dicho con inamien o iene o ma de o oide, e Figu a 5-3.
Figu a 5-3.- Esquema con las ayec o ias de los campos magné icos poloidal y o oidal pa a el
con inamien o del plasma
Hay dos o mas de c ea un campo magné ico al que sea capaz de di ecciona el plasma de una
mane a adecuada [ 35]
• C eando un campo poloidal a pa i de una co ien e eléc ica o oidal.
• Ro ando la sección ans e sal poloidal de las supe icies de lujo al ededo del o oide.
Ac ualmen e, en el mundo se es án es udiando dos ipos dis in os de con igu aciones pa a es e
con inamien o: la con igu ación Tokamak y la con igu ación S ella a o [ 36].
La con igu ación Tokamak, basada en la c eación de un campo magné ico poloidal, ue
inicialmen e in es igada po la Unión So ié ica, mien as que la con igu ación S ella a o se
desa olló en EEUU, en e o os. Ambos di eccionan el plasma median e espi as ex e nas no
simé icas. A lo la go de la his o ia la con igu ación Tokamak ha log ado un mejo con inamien o
y mayo es empe a u as del plasma po lo que ha sido el diseño p edominan e du an e es e
iempo y es la azón po la cual ITER (plan a pilo o que demos a á la iabilidad de la usión
nuclea ) end á es e ipo de con igu ación. No obs an e, la con igu ación S ella a o ha a anzado
conside ablemen e con el Weldels ein 7-X ab icado en Alemania [ 37], p oyec o in e nacional
basado en un modelo a anzado de S ella a o , que maximiza la es abilidad mac oscópica del
plasma. Mien as que los Tokamak ienen un buen con inamien o del plasma e i ando las
colisiones de las pa ículas con las pa edes, ene que gene a una co ien e o oidal los hace
especialmen e ulne ables a las ines abilidades que pueda ene la ed eléc ica y les di icul a el
es ado es aciona io del plasma, po esa azón es pulsado. Los S ella a o , po o o lado, sí son
capaces de ope a el plasma en es ado es aciona io.
Como puede obse a se en Figu a 5-4, la con igu ación de un Tokamak se basa en dos ipos de
espi as las cuales gene an dos campos magné icos di e en es: un campo magné ico o oidal
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( ayec o ia poloidal) y un campo magné ico poloidal ( ayec o ia o oidal). La suma de ambos
campos magné icos da á como esul ado un campo magné ico “helicoidal” (en colo ama illo,
e Figu a 5-4), que se á el enca gado de di ecciona el plasma de al o ma que no oque las
pa edes que lo odean.
Figu a 5-4.- Con igu ación de un eac o Tokamak [ 38]
En la Figu a 5-5 se puede e la con igu ación S ella a o que, pudiéndose ap ecia que posee
una con igu ación más compleja, en lo que se e ie e al diseño de las espi as, ensamblaje y la
co ec a ab icación bajo ole ancia de odos sus componen es.
Figu a 5-5.- Con igu ación de un eac o S ella a o [ 39]
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5.2.2 Con inamien o ine cial
Aunque la usión po con inamien o magné ico es la que más epe cusión iene y en la que más
in e siones se es án ealizando, ambién se es án lle ando a cabo di e en es in es igaciones,
p incipalmen e en EEUU, basadas en la usión po con inamien o ine cial.
Es e ipo de con inamien o se basa en el uso de unos sis emas láse que calien an un pequeño
cilind o (hohl aum) con unas dimensiones de ap oximadamen e 6 mm de diáme o y 11 mm de
al u a, el cual con iene en su in e io una es e a con el combus ible (D-T), e Figu a 5-6. Dicha
es e a iene un diáme o de unos pocos mm y se calien a median e pequeños pulsos láse de
unos nanosegundos pe o que libe an una can idad de ene gía de 1.8 MJ [ 40].
Figu a 5-6.- Esquema de la usión po con inamien o ine cial [ 41]
Inicialmen e, e Figu a 5-6, la adiación láse calien a la supe icie del cilind o gene ándose el
plasma. Como consecuencia de es e calen amien o, el plasma se expande lo que hace que el
combus ible se comp ima, segunda imagen de la Figu a 5-6. A con inuación, la cápsula
implosiona alcanzando unas empe a u as y densidades muy al as y, po úl imo, en el cua o
paso iene luga la usión nuclea .
Se ha demos ado que la ene gía de usión gene ada po la implosión láse de la cápsula de
deu e io- i io es dos eces la ene gía ciné ica de su implosión [ 40]. Aunque aho a mismo el
ac o que limi a y que po an o es a iabilidad a la e iciencia de la usión po con inamien o
ine cial es la cie a asime ía que iene luga du an e la implosión de la es e a de combus ible
de ec ada median e simulaciones po o denado [ 42].
Cuando se inicia on es as in es igaciones se usaba una ecnología pa a lanza los pulsos láse
denominada low oo , la cual lanzaba en p ime luga pulsos co os de baja ene gía que enían
como obje i o calen a la cápsula pa a consegui su implosión, pe o sin calen a el combus ible,
pa a inaliza con un pulso de mayo ene gía pa a consegui la ignición. En ac ualidad se usa la
écnica high oo , écnica simila con el o den de los pulsos in e ido.
5.3 Reac o de usión nuclea DEMO
Figu a 5-7.- E olución de los di e en es eac o es de usión nuclea
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6 .- Conclusiones

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T as el análisis de los a ances que se es án lle ando a cabo en la ene gía nuclea , se puede llega
a la conclusión de que es muy p obable que en ella exis a una solución pa a pode esol e los
p oblemas de emisiones jun o con la demanda ene gé ica ascenden e. En g an pa e po el
hecho de habe an os países e ins i uciones, an o públicas como p i adas, in i iendo an o
iempo y dine o en p oyec os de in es igación y desa ollo pa a la ene gía nuclea . La
in o mación ecopilada en el p esen e abajo pe mi e llega a las siguien es conclusiones:
En p ime luga , los a ances ecnológicos implemen ados en las úl imas décadas han aído
consigo una no able mejo a de la segu idad y de la e iciencia en la gene ación de la ene gía
nuclea . Ca ás o es como la sucedida en Che nóbil o más ecien emen e en Fukushima se
conside an al amen e imp obables con el uso de las úl imas gene aciones de eac o es
nuclea es, ya que la segu idad ha sido una de las p incipales p io idades del GIF en el diseño de
los nue os eac o es. G acias al desa ollo de los nue os combus ibles y e ige an es p ima ios
empleados en es os eac o es, los sis emas de segu idad pasi os han a anzado no ablemen e,
llegando a elimina en algunos casos la necesidad de algunos sis emas de segu idad ac i os.
Uno de los g andes p oblemas de la ene gía nuclea ha sido siemp e la di icul ad pa a encon a
emplazamien os adecuados pa a la ins alación de una cen al nuclea con encional. No
obs an e, en la ac ualidad exis en pequeños eac o es nuclea es, denominados SMR, capaces de
suminis a po encias de has a 300 MW po unidad, que pueden se ins alados en localizaciones
en las que no es posible cons ui una cen al nuclea con encional, o incluso se anspo ados
en camiones pa a pode u iliza los en si uaciones conc e as.
A pesa de que la cua a gene ación de eac o es se p esen e como una opción espe anzado a,
ac ualmen e China es el único país que posee un eac o de Gene ación IV ealmen e a anzado.
Se a a de un eac o de lecho de bolas de muy al a empe a u a e ige ado po gas, el HTR-
PM (High Tempe a u e Reac o Pebble-bed Modules) que en o en ope ación a inales de 2023.
Su es uc u a se basa en un eac o modula pequeño, si uado en la cen al de Shidao Bay,
diseñado pa a op imiza la e iciencia ene gé ica y pa a i aumen ando poco a poco la capacidad
de las edes eléc icas en China.
Desde el pun o de is a de la gene ación de esiduos nuclea es el empleo de sis emas de ciclo
ce ado de combus ible pe mi e que los únicos esiduos que se asladen al almacenamien o
inal en es e p oceso sean los agmen os de isión y las pe didas en los p ocesos de ep ocesado
y ab icación, llegando así a un ac o de educción de esiduos de más de 1000 en masa en
compa ación con las cen ales nuclea es con encionales, sin ep ocesado.
Aunque el almacenamien o geológico p o undo sea la solución in e nacionalmen e acep ada
pa a la ges ión segu a a la go plazo del combus ible gas ado y de los esiduos adiac i os, g acias
a una la ga in es igación de más de 30 años de expe iencia, en el momen o ac ual no solo si e
con el conocimien o cien í ico y écnico, sino que se equie e del apoyo polí ico y social pa a
pode con inua con el desa ollo del AGP pues o que es di ícil de c ee que en e a los esiduos
pa a siemp e sea la solución idónea.
La ene gía nuclea de usión se plan ea como una de las g andes al e na i as pa a la gene ación
de ene gía nuclea limpia y sin esiduos. El p oyec o más ambicioso pa a explo a la ene gía
nuclea de usión es el ITER, p oyec o compues o po sie e socios (Unión Eu opea, Japón, India,
Rusia, EEUU, China y Co ea del Su ), que se encuen a en cons ucción en Cada ache, F ancia.
De él depende p incipalmen e el u u o de la usión nuclea po con inamien o magné ico, ya
que a pesa de no se un eac o que p opo cione ene gía a la ed de consumo eléc ica se espe a
que alcance un balance ene gé ico posi i o, o al menos ayude a consegui lo.
T as el análisis ealizado en el p esen e abajo de in de g ado es posible llega a la conclusión
de que la ene gía nuclea es una al e na i a pa a hace en e al e o de la demanda c ecien e
de ene gía de una o ma limpia y segu a. Los sis emas de segu idad de los nue os diseños de
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eac o es no ienen nada que e con los eac o es de hoy en día, y mucho menos con los de
eac o es que die on luga a ca ás o es como el de Che nóbil. El a ance con los esiduos y su
eciclado hace que podamos con ia en la ene gía nuclea y su desa ollo sin miedo a que es os
puedan se un g an p oblema en el u u o.
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7 .- Me odología seguida en el
desa ollo del abajo
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El p esen e abajo de in de g ado se ha desa ollado ealizando una e isión bibliog á ica pa a
iden i ica y comp ende cada una de las ecnologías p esen es en el abajo pa a la gene ación
de ene gía nuclea de o ma sos enible, abo dando los eac o es de cua a gene ación, las
es a egias de ges ión de esiduos y la usión nuclea . Cada una de las ases me odológicas se ha
desa ollado median e una e aluación de la in o mación apo ada en la bibliog a ía en la que se
incluyen esul ados expe imen ales, es udios e ideas inno ado as. La ecopilación de
in o mación se basa en uen es o iciales y de al a iabilidad, asegu ando la ele ancia de la
in o mación u ilizada.
7.1 Diag ama de Gan
Un diag ama de Gan es una he amien a u ilizada pa a la plani icación y ges ión de p oyec os
que ayuda a isualiza las a eas de una o ma esquemá ica. En él se ilus a un c onog ama del
p oyec o pa a da seguimien o a cada una de las a eas, incluyendo el o den de ejecución de
es as, así como el iempo es imado pa a la dedicación de cada una de ellas.
En el siguien e diag ama de Gan de la Tabla 7-1 se mues an las semanas en las que se ha
ealizado el abajo y sus ho as co espondien es asociadas a cada apa ado del abajo.
Median e el diag ama se pueden ap ecia las echas de inicio y inalización del abajo, así como
la du ación es imada en cada a ea, posibili ando una plani icación del abajo.
Tabla 7-1.- Diag ama de Gan del abajo
TAREAS S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 Nº DE HORAS
1. Resumen 1 h
3. In oducción 6 h
3.1 Escena io ene gé ico a ni el mundial 2 h
3.2 El desa ollo sos enible en la ene gía nuclea 2 h
3.3 Obje i os del abajo 1 h
3.4 Obje i os de Desa ollo Sos enible 1 h
4. Fundamen os de la Ene gía Nuclea 4 h
4.1 In oducción 1 h
4.2 Fisión nuclea 3 h
4.3 Fusión nuclea 1 h
5. Reac o es de Nue a Gene ación 50 h
5.1 Gene ación I 2 h
5.2 Gene ación II 2 h
5.3 Gene ación III 2 h
5.4 Gene ación III+ 2 h
5.5 Gene ación IV 45 h
5.5.1 In oducción 2 h
5.5.2 Reac o es ápidos 6 h
5.5.3 Ciclo ce ado de combus ible 6 h
5.5.4 La apa ición de los SMR (Small Modula Reac o ) 6 h
5.5.5 Diseños de eac o es de nue a gene ación 25 h
6. T a amien o de Residuos Radiac i os 10 h
6.1 Nue as ecnologías pa a los esiduos nuclea es 8 h
6.1.1 Almacenamien o geológico p o undo 4 h
6.1.2 Acele ado lineal supe conduc o (ADS) 4 h
7. Fusión nuclea 21 h
7.1 Reacciones nuclea es 2 h
7.2 Con inamien o magné ico y con inamien o ine cial 2 h
7.2.1 Con inamien o magné ico 1 h
7.2.2 Con inamien o ine cial 1 h
7.3 Reac o de usión nuclea DEMO 6 h
7.3.1 Con igu ación del DEMO 6 h
7.4 Fusión en el Labo a o io Nacional Law ence Li e mo e 3 h
9. Conclusiones 2 h
MAYO
JUNIO
JULIO
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8 .- P esupues o

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En el p esen e apa ado se ealiza á un pequeño análisis del p esupues o implicado en el
abajo. Los cos es se di iden en es g upos:
• Ho as in e nas: es el cos e asociado al iempo empleado en la ealización del abajo. El
p oyec o a sido ealizado in i iendo 150 ho as po un alumno de ingenie ía en
ecnología indus ial con la supe isión de un o al de 30 ho as de una ingenie a
écnica.
• Amo izaciones: es el cos e como esul ado de la pé dida de alo de ac i os ijos
debido a su uso. En es e caso en an el uso de un o denado y su de e io o po el uso,
así como las licencias de Mic oso Wo d y Mic oso Excel u ilizadas pa a el abajo.
• Gas os: aquí en an los gas os elacionados con el anspo e que ha sido necesa io
pa a las euniones elacionadas con el abajo, un bono de au obús pa a el
desplazamien o has a la uni e sidad.
El esul ado o al del p esupues o se ealiza á median e la suma de los gas os que se incluyen
en los es g upos desc i os. Es os gas os se desglosan en la Tabla 8-1 en la cual se mues an
an o los cos es di ec os como los indi ec os.
Tabla 8-1.- P esupues o del abajo de in de g ado
Los gas os indi ec os son gas os que no se elacionan di ec amen e con la elabo ación del
abajo pe o que son consecuencia de es e. Son po ejemplo la elec icidad o las licencias de
O ice. Es os cos es indi ec os se mues an en la Tabla 8-2.
Tabla 8-2.- P esupues o de los cos es indi ec os
COSTE HORARIO NUMERO DE HORAS COSTE TOTAL
HORAS INTERNAS 5.250 €
Es udian e Ingenie ía 25 € 150 h 3.750 €
Ingenie a Técnica 50 € 30 h 1.500 €
AMORTIZACIONES 108 €
O denado 0,60 € 180 h 108 €
GASTOS 105 €
Bono T anspo e 105 €
SUBTOTAL 5.463 €
COSTES INDIRECTOS 150 €
TOTAL 5.613 €
COSTE
COSTES INDIRECTOS 150 €
ORDENADOR 70 €
Licencia O ice 70 €
ELECTRICIDAD 45 €
PERSONAL TÉCNICO 35 €
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9 .- Bibliog a ía
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[ 1] Emisiones de CO2 de las dis in as uen es ene gé icas en 2015 h ps://wo ld-
nuclea .o g/in o ma ion-lib a y/ene gy-and- he-en i onmen /ca bon-dioxide-emissions- om-
elec ici y
[ 2] Compa ación plan as de combus ibles ósiles con ehículos
h ps://19janua y2021snapsho .epa.go /g een ehicles/g eenhouse-gas-emissions- ypical-
passenge - ehicle_.h ml
[ 3] “In e na ional Ene gy Agency, Elec ici y In o ma ion 2018 (July 2018).”
[ 4] “In e na ional Ene gy Agency, Wo ld Ene gy Ou look 2018 (No embe 2018).”
[ 5] P oducción de elec icidad global con es icciones y sin es icciones de emisiones
h ps://acee.p ince on.edu/wp-con en /uploads/2016/05/ACEE-Fusion-Dis illa e.pd
[ 6] Emisiones de CO2 e i adas h ps://www. o onuclea .o g/descub e-la-ene gia-
nuclea /p egun as-y- espues as/sob e-ene gia-nuclea -y-medio-ambien e/la-ene gia-nuclea -
y-el-cambio-clima ico/
[ 7] Reacción de isión del U anio 235 h p://hype physics.phy-
as .gsu.edu/hbasees/NucEne/U235cs.h ml#:~: ex =La%20 isi%C3%B3n%20nuclea %20del%20
u anio,de%20Eins ein%20E%20%3D%20mc2.
[ 8] Ob ención del combus ible nuclea a pa i de U anio 238
h ps://www. o onuclea .o g/ac ualidad/a- ondo/e apas-pa a-la-ob encion-del-combus ible-
nuclea -a-pa i -del-u anio/
[ 9] Ma hew Fishe – No iemb e 2017 (BN-800)
h ps://www.iaea.o g/si es/de aul / iles/5841819es.pd
[ 10] Gene aciones de eac o es nuclea es
h ps://www. o onuclea .o g/ ecu sos/in og a ias/gene aciones-de- eac o es-nuclea es/
[ 11] His o ia de la e olución écnica de los eac o es PWR – Pablo Fe nández A ias, Ana
Cue as, Diego Ve ga a
h ps://g edos.usal.es/bi s eam/handle/10366/132371/His o ia_de_la_e olucion_ ecnica_de
_los_.pd ?sequence=1&isAllowed=y#:~: ex =El%20p ime %20 eac o %20nuclea %20del,el%20
pa ocinio%20del%20P oyec o%20Manha an.
[ 12] Reac o CANDU
h ps://ene gyeduca ion.ca/Enciclopedia_de_Ene gia/index.php/Reac o _CANDU
[ 13] Reac o ABWR
h ps://inis.iaea.o g/collec ion/NCLCollec ionS o e/_Public/36/073/36073987.pd
[ 14] Reac o EPR
h ps://inis.iaea.o g/collec ion/NCLCollec ionS o e/_Public/36/073/36073988.pd
[ 15] Tempe a u a neu ónica
h p://www2. isica.unlp.edu.a /ma e ias/Nucleo/2014/Teo ia/ENR_C17_2014_neu ones.pd
[ 16] Rep oceso de combus ible h ps://ncsp.llnl.go /si es/ncsp/ iles/2021-05/Module10.pd
[ 17] Con e sión de 238U a 239Pu
h ps://ene gyeduca ion.ca/Enciclopedia_de_Ene gia/index.php/U anio
[ 18] Reac o es SMR h ps://www.iaea.o g/es/newscen e /news/que-son-los- eac o es-
modula es-pequenos-sm
[ 19] Reac o GFR h ps://www.gen-4.o g/gi /jcms/c_42148/gas-cooled- as - eac o -g
[ 20] Reac o LFR h ps://www.gen-4.o g/gi /jcms/c_9358/l
P á g i n a 73 | 74
[ 21] Reac o MSR h ps://www.gen-4.o g/gi /jcms/c_9359/ms
[ 22] Reac o SCWR h ps://www.gen-4.o g/gi /jcms/c_9360/scw
[ 23] Reac o VHTR h ps://www.gen-4.o g/gi /jcms/c_9362/ h
[ 24] Reac o Chino HTR-PM h ps://www. e is anuclea .es/di ulgacion/ eac o es-h /
[ 25] P oyec o ALLEGRO h ps://alleg o eac o .cz/
[ 26] Almacenamien o geológico p o undo (AGP) h ps://www.csn.es/almacenamien o-
geologico-p o undo
[ 27] Almacenamien o geológico p o undo en Finlandia h ps://www.csn.es/-/el-csn- isi a-las-
ins alaciones-del-almacen-geologico-p o undo-agp-de-onkalo-en- inlandia
[ 28] Almacenamien o geológico p o undo en Suecia h ps://skb.com/ u u e-p ojec s/ he-
spen - uel- eposi o y/
[ 29] Acele ado lineal supe conduc o de la Academia de Ciencias de China
h ps://www.cas.cn/jh/202201/ 20220111_4821658.sh ml
[ 30] Eu o usion, “Eu opean Resea ch Roadmap o he Realisa ion o Fusion Ene gy,” 2018.
h ps://eu o- usion.o g/wp-
con en /uploads/2022/10/2018_Resea ch_ oadmap_long_ e sion_01.pd
[ 31] ITER, “In oducción al i e .” h ps://iessabino e nandezcampo.o g/WebFQ/I e .pd
[ 32] Wo ld Nuclea Associa ion, “Nuclea Powe Reac o s.” 2018.
[ 33] Reacción de usión. h ps://ene gia-nuclea .ne /que-es-la-ene gia-nuclea / usion-nuclea .
[ 34] Al e na i a de eacción aneu ónica pa a e i a el uso de i io.
h ps://n s.nasa.go /api/ci a ions/20120003723/downloads/20120003723.pd
[ 35] IAEA. Fusión po con inamien o magné ico con okamaks y es ela a o s
h ps://www.iaea.o g/es/ene gia-de- usion/ usion-po -con inamien o-magne ico-con-
okamaks-y-es ela a o s
[ 36] “A gene al compa ison be ween okamak and s ella a o plasmas,”
h ps://www.sciencedi ec .com/science/a icle/pii/S2468080X16300322
[ 37] S ella a o Wendels ein 7-X h ps://www.agenciasinc.es/No icias/Nue o-a ance-de-
s ella a o - en e-a- okamak-en-la-ca e a-po -la- usion-nuclea
[ 38] “Tokamak eac o .” h ps://blog hinkbig.com/alemania-quie e-cambia -pa a-siemp e-la-
o ma-en-que-consumimos-ene gia
[ 39] “Reac o Wendels ein 7-X.” h ps://ecoin en os.com/ eac o -de- usion-7-x-de-
wendels ein/
[ 40] “Gian lase s pass new miles one owa ds usion ene gy.”
h ps://physicswo ld.com/a/gian -lase s-pass-new-miles one- owa ds- usion-ene gy/
[ 41] “Con inamien o Ine cial” h ps:// ancis hemulenews.wo dp ess.com/2011/04/27/hipe -
la- usion-nuclea -po -con inamien o-ine cial-en-eu opa/
[ 42] Expe imen os de implosión low oo y high oo en el NIF (Na ional Igni ion Facili y)
h ps://iopscience.iop.o g/a icle/10.1088/1742-6596/717/1/012011
[ 43] h ps://www.media.enea.i /en/p ess- eleases-and-news/yea s-a chi e/yea -2022/ene gy-
he-design-o - he- i s - usion-powe -plan -up- o-500-mw-is-unde -way.h ml