PDF:El futuro de la Energía Nuclear - Foro Nuclear
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El proyecto de fusión nuclear ITER
El acrónimo ITER responde a las siglas International Thermonuclear Experimental Reactor (Reactor Experimental Termonuclear Internacional), aunque la palabra "Iter" también significa "el camino" en latín. Se trata de uno de los proyectos energéticos más ambiciosos del mundo.
La instalación de este proyecto se encuentra en Cadarache, al sur de Francia, y cuenta con la colaboración de 35 países para construir el Tokamak más grande del mundo, un dispositivo de fusión magnética diseñado para demostrar la viabilidad de la fusión como fuente de energía a gran escala y libre de emisiones de carbono, basándose en el mismo principio por el cual el sol y las estrellas generan su energía.
Este proyecto experimental es de crucial importancia para el avance de la fusión nuclear y para preparar el camino para las centrales comerciales de fusión.
ITER será el primer dispositivo de fusión que conseguirá una ganancia neta de energía (es decir, se produce más energía que la absorbida por el funcionamiento del sistema), así como el primer dispositivo que mantendrá la fusión durante periodos largos de tiempo. También será el primero en poner a prueba las tecnologías integradas, materiales y física necesarios para la producción comercial de la electricidad de fusión.
Vista del lugar de construcción de ITER (Foto © ITER.org)
¿Qué podrá hacer ITER?
La cantidad de energía que puede producir un Tokamak es el resultado directo del número de reacciones de fusión que se producen en su núcleo. Los científicos saben que cuanto más grande es la vasija en la que se contiene, mayor es el volumen del plasma, y por lo tanto mayor será el potencial de la energía de fusión.
El Tokamak de ITER tiene un volumen de plasma diez veces superior al dispositivo en funcionamiento más grande actualmente. Será una herramienta experimental única, diseñada específicamente para:
El Tokamak de ITER tiene un volumen de plasma diez veces superior al dispositivo en funcionamiento más grande actualmente. Será una herramienta experimental única, diseñada específicamente para:
- Desarrollar una potencia de 500 MW
El récord mundial de energía de fusión actualmente corresponde al Tokamak europeo JET. En 1997, JET produjo 16 MW de energía de fusión. ITER está diseñado para producir 500 MW. ITER no transforma toda la energía que produce en electricidad, pero al ser el primer proyecto de fusión que produce energía de ganancia neta prepara el camino para diseñar una máquina que sea capaz de hacerlo. - Demostrar la operación integrada de tecnologías para una central de fusión
ITER acortará la distancia entre los dispositivos experimentales de fusión de más pequeña escala actuales y las centrales de energía de fusión de demostración del futuro. Los científicos podrán estudiar plasmas en condiciones similares a las que se esperan de una central nuclear futura y probar aspectos tales como calentamiento, control, diagnóstico, criogenia y mantenimiento remoto. - Conseguir plasma de deuterio y tritio donde la reacción sea prolongada mediante calentamiento interno
Hoy en día, la investigación de fusión se encuentra a las puertas de conseguir "plasma en combustión", donde el calor de la reacción de fusión está confinado dentro del plasma de manera que se pueda prolongar la reacción durante un plazo amplio. Los científicos confían en que los plasmas de ITER no solo producirán mucha más energía de fusión sino que se mantendrán estables durante periodos más largos. - Hacer pruebas para la producción de tritio
Una de las misiones de las últimas etapas de la operación ITER será demostrar la viabilidad de producir tritio dentro de la vasija en vacío. El suministro mundial de tritio (que se utiliza con el deuterio para producir la reacción de fusión) no basta para cubrir las necesidades de las centrales nucleares del futuro. ITER aportará una oportunidad única para hacer pruebas de simulación de producción de tritio. - Demostrar la seguridad de las características de un dispositivo de fusión
ITER alcanzó un hito importante en la historia de la fusión en 2014, cuando obtuvo licencia como operador nuclear en Francia tras un riguroso examen de sus procedimientos de seguridad. Uno de los objetivos principales de la operación de ITER es demostrar el que se pueden controlar el plasma y las reacciones de fusión sin consecuencias para el medio ambiente.
¿Qué es la fusión?
La fusión es la reacción nuclear que tiene lugar en el Sol y las estrellas. Los núcleos de hidrógeno colisionan gracias a la alta temperatura y la fuerza de gravedad que se producen en el núcleo de estos cuerpos estelares, fusionándose hasta formar átomos de helio más pesados y liberando enormes cantidades de energía.
Según la ciencia de fusión, la reacción de fusión más eficiente es la conocida como DT, que se produce entre dos isótopos de hidrógeno, deuterio (D) y tririo (T). Esta reacción produce la mayor cantidad de ganancia de energía con las temperaturas más bajas.
Para obtener fusión en un laboratorio deben cumplirse tres condiciones: una temperatura muy elevada(aproximadamente 100 millones de grados Celsius), la suficiente densidad de partículas de plasma (para aumentar las posibilidades de que se produzcan colisiones) y el suficiente tiempo de contención (para mantener el plasma, que tiene tendencia a expandirse, dentro de un volumen definido).
Según la ciencia de fusión, la reacción de fusión más eficiente es la conocida como DT, que se produce entre dos isótopos de hidrógeno, deuterio (D) y tririo (T). Esta reacción produce la mayor cantidad de ganancia de energía con las temperaturas más bajas.
Para obtener fusión en un laboratorio deben cumplirse tres condiciones: una temperatura muy elevada(aproximadamente 100 millones de grados Celsius), la suficiente densidad de partículas de plasma (para aumentar las posibilidades de que se produzcan colisiones) y el suficiente tiempo de contención (para mantener el plasma, que tiene tendencia a expandirse, dentro de un volumen definido).
Imagen de la mecánica de fusión dentro del núcleo (Foto © ITER.org)
¿Qué es un Tokamak?
El término "Tokamak" proviene de un acrónimo ruso que significa "cámara toroide con espirales magnéticas". Se trata de una máquina experimental diseñada para aprovechar la energía de fusión. La energía se absorbe dentro del Tokamak en forma calor, adherido a las paredes de la vasija. La central de fusión utiliza este calor para producir vapor y después electricidad mediante turbinas y generadores.
En un dispositivo Tokamak se utilizan campos magnéticos muy potentes para confinar y controlar el plasma.
El corazón del Tokamak es una cámara de vacío en forma toroidal (es decir, de rosquilla). Dentro de esta cámara, y bajo la influencia de enormes presiones y temperaturas, el combustible de hidrógeno gaseoso se convierte en plasma para permitir la fusión de los átomos del hidrógeno. Las partículas cargadas del plasma pueden controlarse mediante las enormes espirales magnéticas que hay ubicadas alrededor de la vasija.
En un dispositivo Tokamak se utilizan campos magnéticos muy potentes para confinar y controlar el plasma.
El corazón del Tokamak es una cámara de vacío en forma toroidal (es decir, de rosquilla). Dentro de esta cámara, y bajo la influencia de enormes presiones y temperaturas, el combustible de hidrógeno gaseoso se convierte en plasma para permitir la fusión de los átomos del hidrógeno. Las partículas cargadas del plasma pueden controlarse mediante las enormes espirales magnéticas que hay ubicadas alrededor de la vasija.
¿Quién participa en el proyecto ITER?
El proyecto ITER es una colaboración de 35 países comprendidos dentro de siete miembros principales: China, la Unión Europea, Japón, Corea del Sur, Rusia y Estados Unidos. Tras la firma del Acuerdo para su desarrollo en 2006 los miembros se han comprometido a compartir el coste de la construcción, operación y desmantelamiento del proyecto, así como los resultados experimentales y cualquier propiedad intelectual generada.
Participación de España en ITER
España participa en el ITER activamente: alrededor de 50 empresas españolas han obtenido más de 100 contratos por un importe superior a los 600 millones de euros (ver noticia de mayo 2015). España está fabricando los primeros componentes europeos para el proyecto ITER, y también participa en el ensamblaje de los nueve sectores de la cámara de vacío y de los 54 puertos del reactor.
¿Cuándo Inicioán los experimentos?
La construcción de las instalaciones donde se alojará el ITER Inicioon en 2010. En 2015 se trasladaron los primeros componentes de gran tamaño, la primera fase de ensamblaje está prevista que comience en 2018, la fase de puesta en marcha en 2024, el primer plasma en 2025 y el comienzo de la operación de fusión DT en 2035.
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