martes, julio 23, 2024

La fusión nuclear está obrando un milagro: ya está dando a la ingeniería de materiales un espaldarazo monumental

La llegada de las primeras centrales eléctricas comerciales equipadas con uno o varios reactores de fusión nuclear se producirá, según EUROfusion, que es el consorcio europeo que promueve el desarrollo de la energía de fusión, durante la década de los años 60. No obstante, para que este hito se materialice será necesario resolver con eficacia los muchos desafíos que aún hoy plantea esta forma de generación de electricidad.

El control, el sostenimiento y la estabilización del plasma confinado a una temperatura de al menos 150 millones de grados Celsius en el interior de la cámara de vacío; la producción de tritio dentro del propio reactor (el otro isótopo del hidrógeno involucrado en la reacción de fusión nuclear es el deuterio) o la eliminación de las impurezas resultantes de la reacción son algunos de los retos que es necesario resolver.

Curiosamente, hay otro desafío tan importante como los tres en los que acabamos de reparar y que con frecuencia pasa desapercibido: para que la energía de fusión comercial llegue a buen puerto es imprescindible desarrollar nuevos materiales capaces de lidiar con los rigores que impone esta tecnología. Es necesario desarrollar un material tanto para el divertor, que es el “tubo de escape” por el que el reactor se deshace de las impurezas, como para la primera pared de la cámara de vacío, que es la superficie que va a sufrir el impacto directo de los neutrones de alta energía.

IFMIF-DONES interpreta un rol protagonista en el desarrollo de los materiales de DEMO

A medida que los físicos y los ingenieros involucrados en el desarrollo de la energía de fusión han ido conociendo mejor la reacción y el comportamiento del plasma se han ido percatando de algo inquietante: los materiales ideales para algunos de los elementos del reactor, como los dos en los que hemos reparado en el párrafo anterior, no existen. Pero es posible ponerlos a punto. De hecho, ya se han elaborado nuevos tipos de acero que se han puesto a prueba en JET (Joint European Torus), el reactor experimental alojado en Oxford (Inglaterra), y JT-60SA, el reactor de fusión instalado en Naka (Japón).

En IFMIF-DONES un acelerador de partículas lineal “lanzará” hacia los materiales candidatos un haz de neutrones rápidos que producen un daño muy similar al de los neutrones de la fusión

En cualquier caso, DEMO será la prueba de fuego definitiva para los nuevos materiales utilizados en la puesta a punto de este reactor, especialmente para los que se utilizarán en el divertor y el revestimiento interior de la cámara de vacío, que son, como hemos visto, las partes más expuestas a los neutrones rápidos en esta complejísima máquina. Afortunadamente, IFMIF-DONES (International Fusion Materials Irradiation Facility DEMO-Oriented NEutron Source) está en marcha. Y reside en Granada (España).

El propósito de este proyecto es someter a los materiales candidatos a ser utilizados en DEMO a una degradación acelerada muy similar a la que tendrán que soportar en este reactor de fusión nuclear de demostración. Es, en definitiva, un banco de pruebas en toda regla. El dispositivo que se responsabilizará de la irradiación de los materiales candidatos será un acelerador de partículas lineal que “lanzará” hacia ellos un haz de neutrones rápidos que, aunque no serán idénticos a los de la fusión, producen un daño muy similar.

DEMO (DEMOnstration Power Plant) será una instalación que recogerá todo el conocimiento adquirido en ITER e IFMIF-DONES con el propósito de demostrar la viabilidad de los reactores de fusión en la producción de electricidad. En cualquier caso, para España IFMIF-DONES es mucho más que un laboratorio avanzado de física de partículas. Ahora mismo no tiene ninguna instalación científica de referencia mundial, pero la tendrá en 2033. Dentro de algo menos de diez años, si todo va según lo previsto, arrancarán las pruebas de irradiación de materiales en el centro de investigación que ya está siendo construido en Escúzar (Granada).

Los primeros resultados de las pruebas de irradiación llegarán en 2035, dos años después de la puesta en marcha del acelerador lineal de IFMIF-DONES

Los primeros resultados de las pruebas de irradiación llegarán en 2035, dos años después de la puesta en marcha del acelerador lineal de partículas que constituirá el auténtico corazón de IFMIF-DONES. No obstante, la planificación de EUROfusion contempla que IFMIF-DONES entregará sus resultados a DEMO en varios momentos diferentes. El último llegará justo antes del inicio de la construcción de este último reactor de fusión de demostración, cuando se otorguen las licencias. Sin embargo, este no será el final del camino para IFMIF-DONES.

El programa de este proyecto prevé una segunda fase durante la que se diseñará y se construirá un segundo acelerador de partículas. Esta máquina formará parte de la misma fuente de neutrones y permitirá a los científicos llevar a cabo pruebas de irradiación en condiciones todavía mucho más estrictas utilizando aproximadamente el doble de flujo de deuterones que impactarán en el mismo blanco de litio disponible para producir neutrones. Como mínimo extenderá el programa durante dos décadas más.

Este segundo acelerador presumiblemente empezará a ser diseñado unos diez años después de la puesta en marcha del primero, por lo que los números no dejan lugar a dudas: las pruebas de irradiación de materiales que aportarán conocimiento tanto a DEMO como a las plantas comerciales de energía de fusión que si todo va bien llegarán durante la década de los 60 se prolongarán durante como mínimo tres décadas. Y durante este tiempo la ciencia española se sentará en la misma mesa en la que se codean las instalaciones científicas más importantes del planeta.

Más información | EUROfusion

En Xataka | Hito histórico europeo en fusión nuclear: el reactor JET ha batido un récord crucial en el camino hacia la energía de fusión comercial

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