GOBIERNO DE CHILECOMISION CHILENA DE ENERGIA NUCLEAR

Importancia del Litio en el Futuro Proceso Comercial de la Fusin NuclearINFORME

Dr. Marcelo Zambra

Santiago, 12 Agosto 2008

Resumen Ejecutivo

En el presente informe se recoge y analiza la informacin con relacin a futuros reactores nucleares de fusin de carcter comercial y del uso del Litio en dichos reactores. Se establece que el primer reactor de fusin experimental (ITER) estar en operacin a partir del ao 2017 aproximadamente; con 0,5 GW de potencia de fusin, ITER no ser destinado a la produccin de energa elctrica sino que a demostrar, fundamentalmente, la viabilidad de la fusin con una amplificacin de potencia mayor o igual a 10. El reactor demostrativo (DEMO) de 2,0 GW de potencia ser el primer reactor en generar electricidad, proveyndose de Tritio a partir de generadores de Litio. Estar en operacin alrededor del ao 2040 hasta, por lo menos, el ao 2050. El primer reactor comercial de fusin nuclear (PROTO) de 1,5 GW de potencia, suficiente para producir energa elctrica como los generadores actuales. Este reactor debera entrar en operacin los aos inmediatamente posteriores al 2050. La produccin a gran escala de energa elctrica a partir de reactores de fusin nuclear estara consolidada al ao 2100. Segn los pronsticos de uso y consumo de Litio para los reactores de fusin, sera necesario entre 6,3 y 8,9 toneladas anuales de Litio para generar 1,5 GW durante 8000 Hrs. Se desprende del anlisis de este informe que el Litio debera ser catalogado como material estratgico.

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ndice

Introduccin Primera Parte: El camino hacia un Reactor Nuclear de Fusin de carcter comercial Introduccin El Proyecto ITER Itinerario ITER, los primeros pasos Agenda de construccin Operacin Desmantelamiento Ms all del ITER Segunda Parte: El combustible nuclear de fusin Introduccin Generador de Tritio y Materiales en proyectos de reactor de fusin Necesidades de Litio en los reactores de fusin proyectados Conclusiones

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IntroduccinEl presente informe tiene la finalidad de responder a tres interrogantes fundamentalmente: ? ? ? cundo se dispondra de un reactor de fusin de carcter comercial? cunto sera el Litio que dichos reactores requeriran? es el Litio un material potencialmente estratgico?

La primera parte del informe dar cuenta del itinerario establecido para poner en operacin el primer reactor de fusin comercialmente viable y generador de energa elctrica. Siendo el proyecto energtico Europeo de fusin el que ms emblemticamente hace esfuerzos en ello, servir de gua para este anlisis. La segunda parte ha sido consagrada al elemento combustible por esencia de los reactores de fusin: el Litio. A la luz de los aspectos tcnicos sealados en la primera parte, se describe hipotticamente sobre el consumo y uso del Litio tanto en dispositivos experimentales de investigacin en fsica de plasmas como en reactores de fusin. Hemos evitado recurrir a tecnicismos, pero ha sido inevitable recurrir a ellos en algunos aspectos esenciales. La mayor parte de la informacin ha sido recogida de las pginas WEB de las Agencias europeas involucradas en los proyectos energticos en cuestin, de las pginas oficiales sostenidas por los responsables cientficos de los diferentes proyectos, y de universidades involucradas en algunos aspectos tcnicos y cientficos de la fusin. Publicaciones profesionales han sido obtenidas tanto a travs de biblioteca del Centro de Estudios Nucleares de La Reina, Comisin Chilena de Energa Nuclear, como a travs de las pginas WEB oficiales de universidades y revistas especializadas.

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Primera parte: El camino hacia un Reactor Nuclear de Fusin de carcter comercial.Introduccin Actualmente existe un amplio rango de dispositivos experimentales de tamaos considerados pequeos y medianos, tipo Tokamaks, cuyo fin es explorar una gran variedad de escenarios de 1 operacin en vas del control de la fusin nuclear . Distintas Asociaciones de pases y grupos 2 de trabajo operan estos dispositivos con el fin de apoyar los proyectos JET e ITER . JET (Joint European Torus) es el Tokamak ms grande que existe actualmente en el mundo. En la mayor parte de los experimentos realizados en JET, no se observa potencia de fusin efectiva, ya que opera slo con Deuterio con el fin de investigar cmo se comporta el plasma y cmo optimizar su estabilidad, confinamiento y funcionamiento con el resto de los subsistemas. El JET no tiene pretensiones de convertirse en un reactor nuclear de fusin. Al contrario, el 3 ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), se convertira en el primero de una serie de reactores cuyo objetivo es la explotacin de la fusin nuclear como fuente de energa elctrica. En el escenario ms probable, es la reaccin nuclear D T (Deuterio-Tritio) aquella 4 que permitir alcanzar el objetivo de un eficiente reactor de fusin

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Experimental Facilities around Europe, en sitio WEB oficial de comunicacin de la Comunidad Europa de Naciones (ec.europa.eu/research/energy/fu/fu_cpa/article_1239_en.htm) 2 Informacin oficial en lnea de JET (www.jet.efda.org) e ITER (www.iter.org) 3 La idea del proyecto ITER (proyecto internacional para desarrollar energa de fusin con propsitos pacficos) se origina en reunin de superpotencias en Noviembre 1985. ITER ser un reactor de investigacin y desarrollo que busca demostrar la viabilidad tcnica y cientfica de la potencia nuclear de fusin (www.iter.org) 4 Fusion Power Plant, Privacy and Security Notices, Princeton Plasma Physics Laboratory (www.pppl.gov/fusion_basics/pages/fusion_power_plant.html)

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El Proyecto ITER5El objetivo principal del dispositivo ITER es demostrar, cientfica y tecnolgicamente, la viabilidad de energa por fusin nuclear en un plasma D-T. Este Reactor de Fusin de primera generacin no est pensado, ni destinado, a generar energa elctrica. Tcnicamente, sus objetivos pueden ser resumidos en tres puntos: ? ? ? ITER debe producir ms potencia que aquella que consume (~500 MW con una 6 Amplificacin de Potencia Q > 10, y operacin en estado estacionario con Q = 5). ITER debera implementar y probar tecnologas claves y procesos necesarios para futuras planta de potencia de fusin. ITER probara y desarrollara conceptos para generacin de Tritio a partir de blancos de Litio de alta temperatura trmicamente eficientes.

Itinerario ITER, los primeros pasos Existen planes detallados para la construccin, operacin y desarme del ITER. Actualmente se han cumplido rigurosamente varias de las etapas previas a la agenda propia de construccin. El diseo conceptual comenz en 1988, mientras que el diseo de ingeniera se hizo el ao 1992, culminando con xito en Julio del 2001. El esquema siguiente muestra el itinerario en la poca actual:7

Luego de establecer jurdicamente la organizacin ITER, en Junio del 2005 se anunci que el ITER ser construido en Cadarache (Francia). Actualmente se espera obtener la Licencia (Octubre 2008) para la construccin del reactor ITER por parte del Comisariat lnergie Atomique (CEA), agencia responsable del pas albergante. Simultneamente, se establecen diferentes acuerdos polticos, cientficos, tecnolgicos y comerciales en pos del inicio de la construccin del reactor. Lo crtico en la trayectoria est determinado por la necesidad de construir el Tokamak y las grandes bobinas para as, posteriormente, incluir y ensamblar la gran cantidad de componentes y subsistemas. La manufactura de muchos componentes no puede comenzar antes de licenciar la construccin, excepto all donde no hay impactos en la seguridad.

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www.iter.org Este parmetro es aquel que permite determinar la viabilidad: Q = (Potencia total de fusin)/(Potencia suministrada) 7 www.iter.org

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Agenda de construccin El itinerario para la construccin del reactor ITER, as como Magnetos y Recipientes dos de los elementos importantes y fundamentales , se extiende entre el ao 2008 y 2016, ao en que se espera obtener el primer plasma. El detalle es mostrado en el cuadro siguiente:

. La construccin en el sitio en Cadarache cubre una superficie total de 70 hectreas aproximadamente, 40 de ellas para albergar al reactor y otras 30 que sern usadas temporalmente durante el perodo de construccin.

Actualmente, ms de 1 milln de metros cbicos han sido removidos y se espera que el primer equipo de trabajo del ITER se instale en Octubre del 2008. El progreso de este emplazamiento 8 se encuentra en el sitio WEB de la Agencia ITER France

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www.itercad.org

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Operacin De acuerdo al itinerario planteado, se espera un perodo nominal de operacin de alrededor de 21 aos, separado en cinco etapas, a partir de mediados de la dcada del 20, tal como muestra esquema a continuacin:

Las etapas sealadas en el esquema anterior se desglosan como sigue: ? Montaje integrado (2016) Esta fase completa la construccin de ITER asegurando que todos los sistemas operan juntos e incluye la preparacin de la mquina para obtener el primer plasma de Hidrgeno. Fase Hidrgeno (2017-2018) Esta fase permite el montaje completo del sistema Tokamak en un ambiente no nuclear sin depender un completo control remoto. Chequeo del sistema operando en un plasma de Hidrgeno. Fase Deuterio (2019-2020) En esta fase se producirn neutrones y Tritio a partir de la reaccin D-D. Parte de este Tritio ser consumido en reacciones D-T. La potencia de fusin ser baja y, a pesar de que el Tritio ya existe en el plasma, cantidades pequeas sern suministradas a partir de fuentes externas. Esta etapa culminar el montaje nuclear con una cantidad limitada de Tritio. Fase DT de baja exigencia (~2020- ) Durante esta fase la potencia de fusin ser gradualmente incrementada hasta que el objetivo operacional inductivo sea alcanzado. Mdulos de blancos generadores comenzarn a acumular resultados en una situacin que asemeje su operacin con el entorno. Fase DT de alta exigencia (~2024- ) Esta fase tratar de mejorar el funcionamiento, enfatizando en las pruebas de componentes y materiales con fluencias ms grandes de neutrones. Ya sea incorporar, y cundo, generadores de Tritio en esta fase ser decidido en base a la disponibilidad de fuentes externas de Tritio, los resultados de pruebas de blancos generadores, y la experiencia con el funcionamiento del plasma y dispositivo. Tal decisin podra significar un perodo de no operacin de alrededor de 2 aos mientras el sistema de blancos es instalado en la regin externa del plasma.

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En la fase final, se espera tener un reactor de fusin de potencia de 1 GW cuyo consumo ser 9 de alrededor de 1 Kg de Deuterio y Tritio diario .9

Nuclear Fusion: A necessary investment, Kaname Ikeda, ITER Project Leader, en BBC news (news.bbc .co.uk), Nov 17, 2006

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Desmantelamiento Se tiene contemplado un desmantelamiento del ITER en tres fases: ? Desactivacin, remocin de Tritio y polvo, y remocin y desactivacin de sistemas refrigerantes; clasificacin y empaque de material txico, contaminado y activo (alrededor de 5 aos) ? Perodo de decaimiento radiactivo, el recipiente de vaco es dejado decaer en radiactividad has niveles que permitan la extraccin de los mdulos del mismo (algunas dcadas) ? Desmantelamiento final, remocin de los sectores d recipiente y su reduccin de el tamao; clasificacin y empaque de material txico, contaminado y activo (alrededor de 6 aos).

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Ms all del ITERLos caminos a seguir, ms all de ITER, estn abiertos. Durante la construccin y perodo de operacin, otros esquemas de confinamiento magntico o de fusin inercial pueden revelarse ms prometedores que ITER. Sin embargo, las tecnologas desarrolladas y probadas en ITER proveern informacin esencial para el esquema de confinamiento que se use. An as, el ITER contina demostrando que la lnea T okamak de confinamiento magntico es la ms prometedora para la produccin de energa segn los estudios en EFDA (European Fusion Development Agreement). Paralelamente al plan ITER, se han considerado diferentes desafos con el fin de abordar aspectos esenciales que permitan un mayor progreso. El concepto de fase-track en potencia nuclear de fusin considera disear y explotar, tecnolgica y 10 cientficamente, tanto grandes Tokamaks (nucleares) existentes para probar componentes como en Tokamaks no nucleares para estudiar implicaciones de la fsica de ITER. El programa de desarrollo de la Fusin Nuclear contempla el diseo y construccin de un 11 reactor nuclear demostrativo de fusin (DEMO) . Su construccin abrir el camino a la explotacin comercial de la fusin. ITER ha sido pensado para operar a una potencia de fusin nuclear de 500 MW (con una amplificacin de potencia Q=10 y, por lo menos 400 segundos). DEMO (el siguiente reactor despus de ITER, y el primero en generar electricidad) pretende aumentar el nivel de potencia en alrededor un factor 4 y en forma continua. El reactor de demostracin (DEMO) integrar el diseo optimizado del corazn del reactor ITER con tecnologa necesaria para la produccin de electricidad. Su objetivo fundamental es generar potencia de fusin relevante para produccin de potencia comercial; tener la capacidad de produccin neta de electricidad; y demostrar la autosustentacin de generacin de Tritio para el 12 ao 2050) . El siguiente cuadro es la columna vertebral del programa de desarrollo de la fusin nuclear de potencia para la generacin de energa elctrica. Mientras se construye ITER, se comenzar el diseo conceptual (~2010) y de ingeniera (~2015) del reactor DEMO. Sin embargo, tanto el programa ITER como IFMIF son fundamentales para que DEMO sea un reactor de fusin comercial. El siguiente esquema muestra el itinerario de 50 aos para operar el primer reactor de fusin demostrativo de generacin de energa elctrica:13

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Experimental Facilities around Europe, en sitio WEB oficial de comunicacin de la Comunidad Econmica Europa de Naciones (ec.europa.eu/research/energy/fu/fu_cpa/article_1239_en.htm) 11 Fusion Energy and ITER, Kaname Ikeda, ITER P roject Leader, (www.iter.org/presentations/Ikeda/OECD-GSFIkeda.ppt) 12 Towards the Future Fusion Power Plant (europa.eu/comm./research/energy/fu/fu_rt/fu_rt_pp/article_1236_en.htm); ver tambin www.iter.org 13 The Path to Fusion Power and ITER, Chris Llewellyn Smith, Director, United Kingdom Atomic Energy Authority (UKAEA), Chairman Consultative Committee for EURATOM on Fusion (www.fusion-industry.org.uk/briefing.asp)

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El programa de investigacin cientfica IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility) est diseado para probar materiales susceptibles de uso en un reactor de fusin. El IFMIF ser una fuente de neutrones, basado en un acelerador de ncleos de Deuterio y blanco de Litio, cuyo objetivo es probar el comportamiento de materiales bajo condiciones similares a aquellas esperadas tener en las paredes internas de un reactor de fusin. El IFMIF no estar disponible para ser usado en el reactor ITER, pero proveer importante informacin para los reactores comerciales de fusin despus del ITER, DEMO por ejemplo. El programa preliminar establece que el sistema estar operativo para las primeras pruebas en materiales prioritarios despus del ao 2015 y otros materiales alrededor del ao 2030. Si los todos los sistemas y subsistemas funcionan con xito en DEMO, ste podr ser usado 15 como un prototipo de reactor comercial creando un fast-track a la fusin . sto acelerara la viabilidad de fusin como una opcin de energa por alrededor de 20 aos. El prximo paso, sin duda, sera hecho para el primero de una serie de reactores comerciales de potencia de fusin (PROTO). Mientras se espera un valor nominal de 0,5 GW para el reactor experimental ITER, 2 GW para el reactor demostrativo, y primer generador de energa elctrica, DEMO, se espera que el primer reactor a escala comercial, PROTO, tenga 1,5 GW suficientes para producir energa elctrica como los generadores actuales. Se espera construir el reactor PROTO durante la dcada del 50, para comenzar su perodo operativo a fines de la misma. El progreso en el desarrollo de potencia de fusin en Europa ha sido evaluado 16 independientemente por el Panel Airaghi (2000) , quien estableci un programa de ruta de cincuenta aos para la produccin a gran escala de electricidad. Entonces, si DEMO est 17 operativo en unos 30 aos , reactores de fusin comercial (PROTO) le seguiran (digamos) luego de 15 aos. As, reactores de fusin comerciales seran realidad despus del ao 2050.

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Sitio WEB oficial de IFMIF (www.frascati.enea.it/ifmif) www.iter.org Five Year Assessment Report Related to the Specific Programme: Nuclear Energy; Covering the Period 1995 1999, A. Airaghi (Chairman) Junio 2000, Community Research and Development Information Service (CORDIS cordis.europa.eu), Publications Office (publications.europa.eu), pgina WEB de informacin oficial de la Comunidad Europea de Naciones 17 Bajo el condicionamiento de: (a) los proyectos ITER e IFMIF (mantencin de un fuerte programa de avance, incluyendo desarrollo tecnolgico y comienzo del reactor DEMO), y (b) de no tener sorpresas adversas mayores

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Segunda parte: El combustible nuclear de fusinIntroduccin Actualmente, las reacciones de fusin entre Deuterio (D) y Tritio (T) son las ms importantes reacciones nucleares para reactores de potencia controlada de fusin debido a que su seccin eficaz da cuenta de una alta probabilidad de ocurrencia, la temperatura del plasma requerida es para la fusin es moderada, y en cada reaccin la energa liberada es alta (17,6 MeV); en la nomenclatura clsica se establece la reaccin como sigue: D + T ? He (3,5 MeV) + n (14,1 MeV) + 17,6 MeV El Deuterio se encuentra abundantemente en la naturaleza, puede ser rpidamente extrado 18 del agua (hay alrededor de 33 gr de Deuterio en cada metro cbico de agua) . Sin embargo, el Tritio se encuentra en cantidades despreciables ya que, siendo radiactivo, tiene una vida media de alrededor de 12,32 aos. Consecuentemente, el ciclo de combustible D requiere un -T generador de T. Siendo ste el caso, el Tritio debe ser generado a partir de reacciones nucleares entre neutrones y Litio:6 4

Li + n ? He (2,1 MeV) + T (2,7 MeV)7

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Li + n ? He + T + n 2,87 MeV

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La reaccin con Li (abundancia natural: 7,42%) es exotrmica, proveyendo una pequea 7 ganancia para el reactor. La reaccin Li (abundancia natural: 92,58%) es endotrmica pero no 7 consume el neutrn. Al menos, algunas reacciones de Li requieren reemplazar los neutrones perdidos a partir de reacciones con otros elementos. El diseo de la mayor parte de los reactores considera una mixtura de ambos istopos. La fuente de Tritio ms prometedora parece ser aquella generada a partir de Li bombardeada por neutrones lentos. Esto ocurrira si el Litio fuera usado como refrigerante y medio de transferencia de calor. Por otro lado, usando neutrones rpidos el Tritio puede ser 7 generado a partir del istopo ms abundante, Li. Dado lo anterior, el ciclo de combustible en el caso de la fusin D involucra entonces al -T Litio (menos abundante que el Deuterio) como generador de Tritio, convirtiendo a ste en el elemento de combustible fundamental para los reactores de fusin D-T a escala comercial.19 6

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Fusion as an Energy Source, European Fusion Development Agreement (www.efda.org/fusion_energy/fusion_as_an_energy_source.htm) 19 Availability of Lithium in the Context of Future D-T Fusion Reactors, D. Fasel y M.Q. Tran, Fusion Engineering and Design, 75-79, 1163 (2005)

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Generador de Tritio y Materiales en proyecto de reactor de fusinEl desarrollo de los proyectos ITER, IFMIF, DEMO y PROTO obliga a enfocar esfuerzos sustantivos en investigacin y desarrollo, de largo plazo, en lo q ue se refiere a (i) desarrollo de materiales, (ii) blancos generadores, y (iii) Ciclo de combustible. Estas actividades son 20 conducidas en el marco del European Blanket Project (EBP) y desarrolladas en diferentes laboratorios de los pases participantes. Los ltimos resultados de investigacin han mostrado la posibilidad de 4 modelos de reactor de fusin: los cuatro modelos tienen una potencia elctrica de 1500 MW y son del tipo Tokamak como el ITER. Con el fin de iluminar un amplio espectro de posibilidades fsicas y tecnolgicas, cada uno de ellos se basa en diferentes extrapolaciones de la fsica de plasma actual y de la 21, 22 variada tecnologa disponible en el futuro . Conceptualmente, para el modelo A el anlisis se realiza pensando en que se usar una mezcla de Li y Plomo (Pb-17Li) lquido para producir Tritio; en cambio, el modelo B considera el uso de moldes cermico de Litio y Berilio. Lo modelos conceptualess C y D (el ms futurista) estn basados en un mayor desarrollo de la fsica de Plasmas. La primera generacin de reactores de fusin sern en base a modelo A y/o B, mientras que los modelos C y D muestran un gran potencial para el desarrollo de una fsica y tecnologa mejorada. Los dos conceptos de blanco en desarrollo en el marco del proyecto EBP Helium Cooled Pebble Bed (HCPB) y Water Cooled Lithium Lead (WCLL) son sujeto de anlisis de diseo e investigacin experimental en vista de la construccin de mdulos de prueba para ser instalados en ITER. Simultneamente, la investigacin en materiales tiene el objetivo de proveer materiales para usar en un ambiente de fusin por tiempos razonables sin necesidad 23 de reemplazo . El primer uso de stos materiales ser probado en los mdulos blanco de DEMO y testeados en ITER con baja fluencia de neutrones.

Necesidades de Litio en los reactores de fusin proyectados Conceptualmente, el reactor experimental ITER, en su fase Deuterio (2019-2020), producir neutrones y Tritio a partir de la reaccin D-D. Parte del Tritio ser consumido en reacciones DT, obteniendo baja potencia de fusin. A pesar de que el Tritio existir en el plasma, solamente cantidades pequeas sern suministradas a partir de fuentes externas, es decir, la demanda de generadores de Tritio ser una cantidad limitada. En su fase D de alta y baja exigencia, -T, (2024-2050), el ITER tratar de mejorar el funcionamiento enfatizando en las pruebas de componentes y materiales con fluencias mayores de neutrones; la incorporacin de generadores de Tritio ser decidido en funcin de la disponibilidad de stos. En caso de utilizar estos blancos generadores, se espera reemplazarlos slo una vez, posiblemente despus de 10 aos de operacin, antes del desmantelamiento completo de dicho reactor. Luego, la 24 necesidad de Litio en este caso tambin ser limitado . El consumo de Litio en las investigaciones actuales en blancos generadores tambin se revela 25 menor . En efecto, usando pellets de Litio de 1 mm, estimaciones y anlisis asumen el20

The Tritium Breeding and Material Field, European Fusion Development Agreement (www.efda.org/about_efda/garching-tritium_breeding.htm) 21 A conceptual Study of Comercial Fusion Power Plants: Final Report of the European Fusion Power Plant Conceptual Study (PPCS), European Fusion Development Agreement, EFDA -RP-RE-5.0 (Abril 13, 2005) 22 European Study on Future Fusion Power Plants, Isabella Milch, Media Press Release, Max-Planck-Institut fr Plasmaphysik, (www.ipp.mpg.de/ippcms/eng/presse/pi/02_06_pi.html) 23 Spherical Torus Plasm Interactions with Large-area Liquid Lithium Surfaces in CDX- U, R. Kaita et al., Princeton Plasma Physics Laboratory, Princeton University, PPPL-3648, preparado para el Departamento de Energa (USA) bajo contrato DE.AC02-76CH03073 24 Euroopean Fusion Development Agreement (www.jet.efda.org) 25 Inyector of Lithium Jet for T -10 Wall Conditioning, V.M. Timokhin et al., 34th EPS Conference on Plasma Phys, Varsovia, Polonia (2-6 Julio, 2007), en ECA 31F, P-2.025 (2007)

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consumo de 40 mm de Litio por segundo, cubriendo una superficie de 10 cm y grosor igual a 1 cm. En la etapa actual, el consumo de Litio es despreciable y contrasta con las declaraciones de abundancia de este elemento. En el caso de los reactores DEMO y PROTO, los cuales generarn energa elctrica a partir de la fusin D-T y usando blancos generadores de Tritio a partir del Litio, se han realizado estimaciones del consumo de este material. De acuerdo al poder de fusin estimado, es posible evaluar el consumo de Litio, considerando que todos los neutrones generados en el 6 proceso de fusin D-T reaccionarn con tomos de Li en los blancos. Dependiendo del tipo de reactor considerado (an no existe decisin sobre los modelos conceptuales A, B, C, y D proyectados en ITER), el consumo anual de Litio para generar 1,5 GW durante 8000 Hrs. 26 estar en el rango de 6,3 8,9 toneladas . Adicionalmente, un estudio de la agencia britnica UKAEA muestra que los costos internos de electricidad usando una metodologa Standard validad por estudios de la OECD e IAEA , en los cuatro modelos conceptuales de reactor de 27 fusin, no tiene dependencia del costo ni del Deuterio ni del Litio . En el mismo estudio anterior se afirma que la cantidad de Litio requerido por reactor depender del tipo de blanco generador adoptado. Para el caso de generadores WCLL, la necesidad ser 3 de 787 toneladas de Litio para 1,5 GW (se asume que el volumen del blanco ser de ~1000 m , y la cantidad de toneladas no incluye el proceso de enriquecimiento de Litio). En el caso de 3 generadores slidos como el concepto HCPB (volumen del blanco ~430 m ), un reactor de potencia de tamao equivalente (1,5 GW) necesitar 174 toneladas. Este diseo impondr el reemplazo de mdulos generadores debido a la degradacin interna. Continuando con el mismo estudio, se afirma en un escenario conservador de consumo de Litio y considerando las siguientes hiptesis: ? ? ? ? slo requerimiento en Litio para fusin excluyendo el consumo industrial un reactor usando generadores de Tritio WCLL el ciclo de vida del reactor es fijado en 30 aos, sin la capacidad de reciclar el Litio potencia elctrica generada por reactores de fusin de 1000 GW, instalado en 100 aos

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Se observa que las reservas de Litio sern agotadas en 250 aos, considerando las fuentes disponibles y explotables, stas estarn disponibles por 600 aos. Los autores sealan que las reservas disponibles estn en el rango de 4 6 millones de toneladas, y que las fuentes explotables estaran en el rango de 9,4 21 millones de toneladas, estando en Chile el yacimiento ms importante del planeta. Los datos anteriores, con relacin a reservas y yacimientos de Litio, son relativizados a la luz 28 de informacin diversa recogida para este informe. Otros autores sealan que para un reactor de fusin de 1000 MW se requerirn 100 Kg de Deuterio y 150 Kg de Tritio anuales, siendo 11 millones de toneladas en reservas de Litio las existentes y 200 mil millones de toneladas de Litio recuperables del agua de mar, luego se dispondra de varios millones de aos de combustible. A pesar de la variada informacin recogida para este informe, un anlisis tcnico y riguroso de costos energticos y proyecciones econmicas de los recursos disponibles de Litio escapa a las capacidades de este informante, incluso en aquellos que tcnicamente se refieren a la 29 fusion . Una fuente nacional de informacin se puede encontrar en las actas del 2do Simposio

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Availability of Lithium in the Context of Future D-T Fusion Reactors, D. Fasel y M.Q. Tran, Fusion Engineering and Design 75-79, 1163 (2005) 27 European Fusion Power Plant Studies, I. Cook et al., pag. WEB de EURATOM/UKAEA Fusion Association (www.fusion.org.uk/techdocs/tofe46_cook.pdf) 28 Energy for Future Centuries: Will Fusion Be an Inexhaustible, Safe and Clean Energy Source?, J. Ogena y G. van Oost, Fusion Sci. and Tech. 45, 3-14 (2004) 29 Is Fusion Research Worth It, R.J. Goldston et al., 21st IAEA Fusion Energy Conference (IAEA -FEC 2006), Chengdou, China (16-21 Oct, 2006), SE/P2-1

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Chileno del Litio . Sin embargo, es preciso sealar que la demanda del Litio est provocando 31 32 inquietud y controversias en diferentes sectores de la economa mundial, especialmente en el rubro energtico automotriz, que considera la viabilidad de los autos elctricos a futuro. Otro aspecto adicional que debe ser tenido en cuenta, es la variedad de informes estratgicos y 33 clasificados que existen con relacin, especialmente, al enriquecimiento de Litio .

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Actas del II Simposio Chileno del Litio, Comisin Chilena de Energa Nuclear, (24-25 Mayo, 1994), Santiago, Chile The Trouble with Lithium: Implications of Future PHEV Production for Lithium Demand, W. Tahil (Dic. 2006) y The Trouble with Lithium: Under the Microscope, W. Tahil (Marzo 2008), Meridian International Research 32 An Abundante of Lithium, R.K. Evans (Marzo 2008) y An Abundance of Lithium, Part two, R.K. Evans (Julio 2008) 33 Declassification of the Quantity of Enriched Lithium Produced at the Y-12 Plant in Oak Ridge, Tennessee, Informacin desclasificada, Oficina de Prensa, Departamento de Energa (USA), Abril 2008; Report of the Fundamental Classification Policy Review Group, A. Narath (Enero 15, 1997), Versin desclasificada y censurada, Departamento de Energa (USA), Octubre 1997

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Conclusiones

Segn la informacin recogida, podemos afirmar lo siguiente: 1. Se espera que el primer reactor de fusin comercial (PROTO) comience su perodo de operacin ente los aos 2050 y 2060). Este reactor (1,5 GW) producir energa elctrica comercialmente viable, y ser el primero de una serie de reactores de fusin mejorados y perfeccionados para el ao 2100. 2. Considerando un reactor de fusin, segn los modelos conceptuales A, B, C o D, el consumo anual de Litio para generar 1,5 GW durante 8000 Hrs estar en el rango de 6,3 a 8,9 toneladas. 3. Independientemente de las controversias con relacin a las reservas y fuentes de Litio existentes en el mundo, y de la informacin clasificada y desclasificada con relacin al tema, las proyecciones de consumo de Litio para reactores de fusin, as como el consumo actual en la industria de dicho elemento, permiten desprender de este anlisis que el Litio debera constituir un material estratgico.

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