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ITER
Línea de investigación: Desarrollo
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Escrito por: Karen Vidaurre
“El Tokamak fue desarrollado por primera vez en Rusia por parte de la Unión Soviética (1960) y actualmente es el dispositivo más prometedor para lograr la fusión nuclear”.
El inicio de la era industrial marcó de manera irreversible un camino al desarrollo tecnológico en el cual ahora basamos nuestra economía y vida cotidiana. Este camino trajo consigo consecuencias ambientales que hemos enfrentado desde hace años, pues el consumo energético que se basa en combustibles fósiles, mismos que producen los gases causantes del calentamiento global. Es por eso que se han desarrollado fuentes de energía alternativas que son amigables con el medio ambiente, como ser la energía solar, energía eólica, energía nuclear(fisión), etc. Sin embargo, la realidad apunta a que las anteriores mencionadas no satisfacen la demanda actual. Por otra parte, la energía nuclear por medio de la fisión nuclear genera cierta desconfianza debido a los residuos radiactivos que deja. Entonces, la búsqueda de un tipo de energía limpia y de gran rendimiento puede encontrar su fin en la fusión nuclear. La fusión nuclear, como su nombre le atribuye, hace referencia a la unión de dos átomos ligeros para formar uno pesado. A diferencia de la fisión donde un átomo pesado se separa en átomos ligeros. Además, la fusión nuclear no produce residuos radiactivos directos ni precisa de combustible tan peligroso como el Uranio. Esta reacción se da continuamente en el núcleo del Sol debido a las altas temperaturas alcanzadas en el mismo (15.000.000 ℃). Los átomos alcanzan velocidades capaces de superar la repulsión electrostática natural al chocar entre sí fusionando los átomos ligeros de hidrógeno y produciendo un átomo pesado, el helio. En este proceso se libera una gran cantidad de energía debido a que la masa del átomo de helio no será igual a la suma de la masa de los átomos de hidrógeno, por lo cual esta reacción pierde masa, pero libera la energía de fusión. Retomando esta idea en la Tierra se llegó a la conclusión de que la reacción de fusión en laboratorio más eficiente sería empleando hidrógeno(H), deuterio(D) y tritio(T), requiriendo temperaturas de 150M ℃. Debido a que un gas se convierte en plasma 55
En la imagen la sede del proyecto ITER en St-Pauk-lez-Durance, Francia. FUENTE: BBC
a temperaturas como esta con ayuda de una poderosa corriente eléctrica. Dicha corriente descompone el gas eléctricamente, ionizándolo, siendo este un entorno favorable para la fusión y producción de energía. Básicamente, se deben cumplir tres condiciones para alcanzar la fusión dentro un laboratorio: • Alta temperatura para provocar colisiones entre los átomos. • Densidad suficiente de partículas de plasma para aumentar la probabilidad de colisiones. • Tiempo de confinamiento para poder mantener el plasma,
el cual tiende a expandirse. Actualmente existen varios dispositivos que tratan de cumplir estas tres premisas, sin embargo, ninguna lo ha logrado experimentalmente hasta el momento. Uno de estos dispositivos, y el más conocido, es el Tokamak. Dicho dispositivo es una cámara toroidal que tiene la función de obtener la fusión de partículas de plasma bajo la influencia del calor y la presión. Estas partículas pueden controlarse y moldearse mediante las bobinas magnéticas que se encuentran alrededor del recipiente. Es el proyecto de fusión nuclear más grande del mundo. Cuenta con la cooperación de China, India, la Unión Europea, Japón, Corea del Sur, Rusia y Estados Unidos. Este proyecto busca demostrar la viabilidad y futura comercialización de energía de fusión nuclear. Por el momento, el proyecto se encuentra en fase de ensamblaje hasta el 2025 teniendo los siguientes objetivos: • Generar un plasma durante pocos milisegundos, demostrando que todos los imanes funcionan.
Aunque este objetivo parezca de poca utilidad, representa el primer paso para que, en un futuro, la máquina pueda producir 500 megavatios (MW) de potencia de fusión para pulsos de 400 segundos, siendo necesarios solo 50 M[V] de potencia de fusión para pulsos de 400 a 600 segundos, teniendo un factor de ganancia de energía de fusión Q=10. Cabe recalcar que dicho factor representa el cociente de la energía producida a través de la fusión nuclear respecto a la energía absorbida
para mantener el sistema en funcionamiento.
Aunque esta máquina no almacenará la energía producida, está prevista para ser el primer experimento exitoso de fusión de la historia y allanará el camino para una próxima máquina que aplique el método, abriendo paso a un prototipo de reactor de fusión denominado DEMO cuya construcción empezará en la década del 2030 y operación en la del 2040. • Cerrar la brecha entre los dispositivos de menor escala actuales, pues hay alrededor de 200 Tokamaks en todo el mundo. De esta forma, planean probar tecnologías de control, calefacción, diagnóstico, mantenimiento remoto y criogenia. • Exceder el calentamiento de plasma inyectado desde fuentes externas para lograr un plasma deuterio-tritio que se mantenga mediante calentamiento interno. • Cultivo de tritio. En un futuro es posible que la demanda del mismo exceda el suministro mundial. Por lo que, se prevé demostrar el funcionamiento de mantas de reproducción de tritio dentro del entorno de fusión. • Generar confianza respecto a la seguridad de un dispositivo de fusión. La etapa de ensamblaje del
ITER se desarrolla en St-Pauk-lez-Durance en
Francia, instalación donde ITER obtuvo la licencia como operador nuclear superando un riguroso examen de seguridad cuidando sobre todo la seguridad ambiental. Cabe destacar que al requerir tritio, una forma radioactiva de hidrógeno, para el proceso de fusión utilizando una cantidad utilizada muy pequeña (pocos gramos), se diseñó un sistema complejo de barrera que impide la propagación del tritio al medio ambiente e incluso, en casos extremos de cataclismo del tokamak, los niveles de radioactividad fuera del recinto serían extremadamente bajos.
HL-2M “El Sol artificial”
Un ejemplo de los avances realizados en torno al proyecto ITER es el HL-2M. En diciembre del año pasado se dio a conocer que China inauguró el HL-2M, el cual fue el tokamak más grande y avanzado elaborado por dicho país, y ubicado especificamente en el “Southwestern Institute of Physics” (SWIP). Este dispositivo es prácticamente una evolución del Tokamak HL-2A que está en funcionamiento desde el 2002. A diferencia de su anterior versión, este Tokamak posee un nuevo conjunto de bobinas de campo toroidal y una mejor estabilización del plasma. De esta forma, HL-2M contribuirá a las bases de datos científicas y técnicas del ITER, organización a la cual pertenece.
Diseño actual de DEMO (Demostration Power Station). FUENTE: ITER
HL-2M En su sede principal en el SWIP. FUENTE: ITER Fuentes consultadas para el artículo • Iter. S.f. • Foro de la industria nuclear española. S.f. • Serrano, C.
