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Fusión nuclear: qué es IFMIF-DONES y por qué es tan importante que este proyecto acabe finalmente en España
Investigación

Fusión nuclear: qué es IFMIF-DONES y por qué es tan importante que este proyecto acabe finalmente en España

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ITER sigue su camino con paso firme. El reactor experimental de fusión nuclear que un consorcio internacional encabezado por la Unión Europea está construyendo en Cadarache, una pequeña localidad del sur de Francia, tiene un propósito bien definido: producir alrededor de 500 megavatios de potencia durante no menos de 500 segundos utilizando solo un gramo de tritio como parte del combustible y después de invertir unos 50 megavatios de energía en la ignición del reactor de fusión.

Lo que persigue ITER es, en definitiva, demostrar que la fusión nuclear a la escala que el hombre puede manejar funciona. Y también que es rentable desde un punto de vista energético debido a que genera más energía de la que es necesario invertir para iniciar el proceso. Para que este reactor de fusión experimental sea viable es necesario que los científicos y los ingenieros involucrados en el proyecto superen grandes retos que aún están sobre la mesa. Y cuando lo hagan, cuando ITER consiga su objetivo, aún tendremos que realizar dos paradas más en la búsqueda de la tan ansiada fusión nuclear comercial: IFMIF y DEMO.

Qué es IFMIF-DONES y por qué es el camino necesario hacia DEMO

Como acabamos de ver, ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) no tiene vocación comercial. No aspira a ser el reactor de fusión nuclear que dentro de varias décadas esperamos encontrar dentro de las centrales de generación de energía eléctrica. La mayor parte de su tecnología sí se encontrará en esos reactores de fusión, pero su ambición tiene un alcance más comedido: demostrar que su tecnología funciona y que la rentabilidad energética es posible. Las primeras pruebas con plasma empezarán en 2025, y en 2035 la fusión nuclear con deuterio y tritio debería ser viable. Ese es el año en el que ITER debería alcanzar su objetivo.

DEMO tomará los avances tecnológicos que habrán demostrado funcionar en ITER y los llevará un paso más allá para afianzarse como el auténtico precursor de los reactores de fusión nuclear comerciales

No obstante, no debemos olvidar que se trata de un reactor de fusión nuclear experimental, y como tal no pretende sostener a largo plazo la producción de energía. El que sí tendrá que hacerlo es DEMO (DEMOnstration Power Plant), un reactor que tomará los avances tecnológicos que habrán demostrado funcionar correctamente en ITER y los llevará un paso más allá para afianzarse como el auténtico precursor de los reactores de fusión nuclear comerciales. Pero poner a punto DEMO también conlleva desafíos colosales en los que los científicos ya están trabajando.

El objetivo de DEMO está definido con tanta precisión como el de ITER: debe ser capaz de generar no menos de 2 gigavatios de potencia eléctrica de forma continua. Y las fechas de su itinerario también han sido fijadas. Si el delicado panorama económico en el que estamos sumidos actualmente no lo impide su construcción debería iniciarse a mediados de esta década, y a finales de la próxima, en 2038 o 2039, DEMO debería haber demostrado que la fusión nuclear comercial es viable y rentable. A partir de ahí podremos empezar a pensar en construir las primeras centrales de generación de electricidad que recurren a un reactor de fusión nuclear. Ahí es nada.

Reactor Este es el aspecto del toroide que confina el plasma a altísima temperatura dentro de los reactores de fusión nuclear por confinamiento magnético.

ITER es una parada en el camino necesaria hacia DEMO, pero hay otros retos que es necesario resolver para que este último proyecto llegue a buen puerto. Uno de los que tienen más envergadura consiste en cómo resolver la irradiación de los materiales utilizados en la cámara que confina el plasma responsable de sostener la fusión nuclear. Para llevarla a cabo en los reactores experimentales que nuestros físicos e ingenieros ya han construido debemos utilizar deuterio y tritio, dos isótopos del hidrógeno cuyos núcleos, al ser sometidos a temperaturas elevadísimas (cercanas a los doscientos millones de grados), comienzan a fusionarse.

El neutrón resultante de la fusión de los núcleos de deuterio y tritio sale despedido con una energía de unos 14 MeV

La razón por la que es necesario que el núcleo del reactor alcance una temperatura tan alta es que es la única forma de conferir a los núcleos de deuterio y tritio, que son los componentes del combustible nuclear, la energía cinética que necesitan para que sean capaces de vencer su repulsión natural (ambos tienen carga eléctrica positiva), y puedan fusionarse, originando así un núcleo de helio y un neutrón. Un dato curioso y muy importante: el neutrón resultante de la fusión de los núcleos de deuterio y tritio sale despedido con una energía de unos 14 MeV (es una cantidad enorme de energía).

Estos neutrones de altísima energía son muy importantes debido a que son los que en la práctica van a permitirnos producir la energía eléctrica que necesitamos, pero, al mismo tiempo, representan una forma de radiación muy agresiva que puede degradar sensiblemente los materiales utilizados en el reactor. Los componentes que se verán más afectados por el impacto directo de los neutrones de alta energía y el flujo de calor más intenso son la pared interna del reactor y el blanket, que es un manto que la recubre y que tiene como propósito regenerar el tritio que es necesario utilizar como combustible en la reacción de fusión nuclear.

En el interior del recinto limitado por la pared interna y el blanket se encuentra el plasma, que, como hemos visto, es el gas a altísima temperatura con los núcleos de deuterio y tritio involucrados en la fusión. Este gas se encuentra confinado en un campo magnético para evitar que entre en contacto directo con las paredes del contenedor. En este punto ya conocemos todo lo que necesitamos saber para intuir qué es IFMIF-DONES (International Fusion Materials Irradiation Facility DEMO-Oriented NEutron Source): un proyecto que pretende desarrollar los materiales que será necesario utilizar en la construcción del reactor nuclear de DEMO.

Ifmif La instalación IFMIF para la que se está postulando Granada contará con dos aceleradores capaces de acelerar una corriente de 125 mA de deuterones hasta 40 MeV. Construirlos es un reto tecnológico de proporciones casi épicas.

En este proyecto la voz cantante actualmente la tienen la Unión Europea y Japón, que son quienes ponen la mayor parte del dinero. Pero, a su vez, IFMIF depende de las investigaciones que se están llevando a cabo en otros proyectos locales más pequeños. España está participando en la fase EVEDA (Engineering Validation and Engineering Design Activity), que se encarga de la validación de los procesos de ingeniería necesarios para llevar a buen puerto IFMIF.

En cualquier caso, lo más interesante es que para llevar a cabo las pruebas que plantea este proyecto es necesario irradiar diversos materiales con neutrones de alta energía muy similares a los que se producen dentro de los reactores de fusión nuclear. Esta es la única forma de averiguar cómo se comportan cuando son sometidos a este tipo de radiación. Y también es la única manera de identificar los materiales idóneos para construir el reactor de DEMO. Entonces ¿qué equipamiento necesitamos para obtener esos neutrones de alta energía? Ni más ni menos que un acelerador lineal de partículas diseñado para trabajar con una energía de 40 megaelectronvoltios (que es muchísima energía). Y, si todo sale bien, esta instalación podría residir en España.

Próxima parada: Granada

España se está postulando como uno de los principales actores dentro de los proyectos IFMIF y DEMO debido a que la Unión Europea ha elegido a Granada como posible sede del futuro acelerador de partículas IFMIF DONES, en el que se realizarán las pruebas de irradiación neutrónica de materiales. Eso sí, para disfrutar el privilegio, y la responsabilidad, de acoger esta instalación de altísima tecnología esta ciudad andaluza deberá imponerse a la ciudad propuesta como candidata por Japón.

El impacto que IFMIF-DONES puede tener no solo en Granada, sino también en toda España, es profundo. Y muy beneficioso

La candidatura española es muy sólida y cuenta con el necesario respaldo del Consejo de Seguridad Nuclear, por lo que podemos albergar la esperanza razonable de que la elección nos favorecerá aun teniendo presente que competir con un país con el potencial tecnológico y científico de Japón no es fácil. En cualquier caso, esta es una carrera de fondo. España ha conseguido imponerse a Polonia y Croacia para afianzarse como la única candidata europea que aspira a albergar IFMIF-DONES, y el respaldo de la Unión Europea, a la que por razones estratégicas le interesa que esta instalación se quede en Europa, puede marcar la diferencia.

La repercusión que una instalación científica del calibre de IFMIF-DONES puede tener no solo en Granada, sino también en toda España, es profunda. Y muy beneficiosa. Y es que un proyecto como este es un motor capaz de impulsar la innovación y el desarrollo tecnológico en tres pilares fundamentales: las instituciones públicas que se dedican a la investigación, las universidades y la empresa privada.

Además, más allá de la inversión inicial estimada en unos 360 millones de euros será necesario gastar 55 millones adicionales al año hasta 2033, y a partir de ahí, y después de realizar otra inversión de más de 600 millones, los promotores de IFMIF-DONES prevén gastar 100 millones de euros al año hasta 2050. Esta inversión generaría un retorno económico de más de 1.000 millones de euros que tendría un impacto directo tanto en Granada como en otras provincias españolas. No cabe duda de que actualmente más que nunca un proyecto como este sería muy bienvenido. Crucemos los dedos. Un último dato para concluir este artículo: la localidad granadina que acogerá IFMIF-DONES si la candidatura española gana la liza será Escúzar.

Imagen de portada | NASA
Imágenes | IFMIF-DONES | TDC
Más información | IFMIF-DONES ESPAÑA

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