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TECNOLOGÍA
ITER
UNA ESTRELLA EN LA TIERRA
El crecimiento en el consumo de energía eléctrica ha motivado la necesidad de buscar nuevas fuentes energéticas para suministrar toda la electricidad que inevitablemente se va a necesitar. La fusión para producir electricidad, que todavía no existe a nivel industrial, se lleva investigando desde hace
años para su desarrollo. La demanda mundial de energía ha aumentado 1 %
anual desde 1975 y se espera que aumente aún más en los próximos años.
ITER en latín significa camino. Los científicos creen que este es el camino
para solucionar el problema energético en la Tierra de una manera limpia,
perdurable y sin peligros añadidos.
Cuando se habla del proyecto se hace referencia últimamente a la energía
del Sol. El proyecto se basa en la idea de crear en la Tierra, aunque a menor
escala, la energía que se produce en las estrellas, entre ellas la nuestra, el Sol,
debido a una fusión de los átomos de sus elementos. En las estrellas, estos
elementos se encuentran confinados por la enorme presión de su gravedad
y además por el vacio exterior.
En base a estos principios
se empezó a idear en el año
1986, para demostrar la factibilidad científica y tecnológica de la fusión nuclear. El
ITER se está construyendo
en Cadarache (Francia), estará
formado por 39 edificios en
Imagen 1. ITER en fase de construcción. 39 edificios. 180 Ha. Más
una superficie de 180 Ha. y
de 50 sistemas se encargarán del control. Varios de ellos fabricados
costará, si no vuelve a increen España.
mentarse el presupuesto, unos
14.000 millones de euros, convirtiéndolo en el quinto proyecto más costoso de la historia, después del Programa Apolo, de la Estación Espacial
Internacional, del Proyecto Manhattan y del desarrollo del sistema GPS. Sin
embargo, comparado con las cifras gastadas por los países socios en el mercado energético sólo representa el 0,02 %, además de que el presupuesto
de estos representa el 80 % del Producto Interior Bruto mundial.Tampoco
es mucho si se compara con el gasto militar de EEUU que es cien veces
mayor en un año o con lo que se piensa gastar Qatar en infraestructuras
para el mundial de fútbol de 2022 que es cuatro veces el proyecto ITER.
Hace ya más de 60 años, EEUU. lanzó la primera bomba termonuclear
de hidrógeno en el atolón de las islas Marshall siendo reproducida después
por algunos países más, cada vez con mayor potencia, formando parte del
arsenal defensivo de estos países.
Aprovechar la enorme potencia energética que se produce en las fusiones
de los núcleos de hidrógeno o de sus isótopos, deuterio y tritio al convertirlos en otros más pesados, para producir electricidad necesaria para el consumo humano, es lo que pretende el
proyecto ITER y, a la vez, reducir la
degradación del Medio Ambiente
como consecuencia de los residuos
de energía fósiles altamente contaminantes y de los que actualmente
tanto dependemos energética y
económicamente.
Imagen 2. El SCTV puede ser transportado fácilmente por aire, mas o carretera.. Fuente: iter.org
Desarrollo del proyecto
En los inicios de los años 70 se comprendió que este proyecto, debido a su
complejidad, sería imposible de realizar por un solo país y por ello Rusia,
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EEUU y Europa proyectaron desarrollar conjuntamente el ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional).
En julio de 1992 un grupo internacional de trabajo compuesto por físicos
e ingenieros en el que había especialistas de Canadá y China, avalados por el
Organismo Internacional de Energía Atómica, llegó a la realización técnica
del proyecto.
La potencia termonuclear prevista del reactor ITER es de alrededor de
500 MW con temperaturas del plasma de más de 150 millones de grados
Celsius.
La forma de compartir gastos y la construcción que albergará el proyecto,
fue firmada por todos los participantes en 2006, Rusia, EEUU, Unión
Europea, China, Corea, India y Japón, teniendo previsto el inicio de los
experimentos para 2020 y cuenta con el auspicio de la IAEA (Asociación
Internacional de la Energía Atómica). La Unión Europea aporta el 40 %
del presupuesto y los demás países un 10 % cada uno.
El proyecto puede dividirse en tres etapas claramente diferenciadas:
1ª.- El dominio de los procesos de quema prolongada de vida larga de
la reacción termonuclear.
2ª.- La demostración práctica de la producción de energía eléctrica.
3ª.- La creación de una central termonuclear industrial.
Partes esenciales
El proyecto ITER se basa en el concepto de confinamiento magnético
(tokamak), en el que el plasma está contenido en una cámara de vacío en
forma de rosquilla. El combustible, una mezcla de deuterio y tritio, isótopos
de hidrógeno, se calienta a temperaturas superiores a los 150 millones de
°C, formando un plasma caliente, encontrándose encerrado por un campo magnético muy potente producido por bobinas superconductoras que
rodean el recipiente, no dejándole que se arrime a las paredes y por una
corriente eléctrica impulsada a través del plasma. Las diferentes partes que
forman el dispositivo son las siguientes:
Criostato: Es una gran estructura de acero cilíndrica, reforzada por nervios
horizontales y verticales que rodea la cámara de vacío y los superconductores magnéticos, proporcionando un ambiente a muy bajas temperaturas
de vacío.
Mide 29,30 metros de altura por 8,60 de ancho. Cuenta con grandes aberturas, algunas hasta de cuatro metros de diámetro, que permiten acceder al
sistema. Se utilizan grandes fuelles
entre el criostato y el recipiente de
vacío para permitir la contracción y
expansión térmica en las estructuras.Todo el criostato está rodeado
por una capa de hormigón llamada
BioShield. Por la parte superior del
criostato, el BioShield tiene un espesor de dos metros.
Imagen 3.- Criostato del ITER. 3.800 Tm. Iter.org
Imanes: El sistema de imanes está formado por 18 superconductores toroidales y 6 bobinas de campo poloidales, un solenoide central y un conjunto
de bobinas de corrección que confinan, forman y controlan el plasma
magnéticamente dentro de la cámara de vacío. Bobinas adicionales serán
implementadas para mitigar el ELM, que son explosiones altamente energéticas cerca del borde del plasma que, si se deja sin control, le harían perder
parte de su energía.
El poder de los campos magnéticos necesarios para confinar el plasma en
el recipiente de vacío ITER es extremo. Para una máxima eficiencia y para
limitar el consumo de energía, ITER utiliza imanes superconductores que
pierden sus propiedades cuando se enfrían a temperaturas muy bajas.
El material superconductor, tanto para el solenoide central y las bobinas
de campo toroidal, está diseñado
para lograr un funcionamiento de
alta fuerza magnética (13 Tesla),
formados por una aleación especial de niobio y estaño (Nb3Sn).
Las bobinas de campo poloidales y
las bobinas de corrección usan una
aleación e niobio-titanio (NbTi).
Imagen. 4.- Los 48 electroimanes generan un campo magnético unas 200.000 veces mayor que el de la tierra. Iter.org
Manta: La manta cubre las superficies interiores de la cámara de vacío, protegiendo el recipiente y superconductores de los flujos de calor y de neutrones de la reacción de fusión. Los neutrones se retrasan en la manta en la
que su energía cinética se transforma en energía térmica que es recogida
por los refrigerantes. En una planta de energía de fusión, esta energía se utiliza para la producción de energía eléctrica. Para los fines de mantenimiento
en el interior de la cámara de vacío, la pared manta es modular. Se compone de 440 segmentos individuales, cada uno de 1x1.5 metros y un peso de
hasta 4,6 toneladas. Cada segmento tiene una primera pared desmontable
que se enfrenta directamente al plasma y elimina la carga de calor de este,
y un escudo manta semipermanente dedicado al blindaje de neutrones. La
manta ITER es uno de los componentes más críticos y técnicamente desafiantes del ITER. Debido a sus propiedades físicas únicas, el berilio ha sido
elegido como el elemento para cubrir la primera pared. El resto de la manta escudo será hecho de cobre de alta resistencia y acero inoxidable. En una
etapa posterior del proyecto ITER,
se utilizarán nuevos materiales para
probar la producción de tritio. Se
requerirá una central de fusión futura para conseguir la producción
de grandes cantidades de energía.
Fig. 5.- Manta que cubre la parte interna de la cámara y absorbe la energía de los neutrones. Iter.org
cución de la soldadura de sectores y puertos.
Otro ejemplo de participación española es de IDOM, especializada en servicios profesionales de ingeniería, arquitectura y consultoría de Bilbao que
ha obtenido un contrato de 20 millones de euros para cuatro años con el
objetivo de integrar medidores del plasma generado en colaboración con
expertos diseñadores de instrumentos de los demás miembros socios.
Opiniones
Los especialistas rusos, que fueron los primeros en conseguir realizar un
proyecto de construcción termonuclear real cuasi-estacionario con una
potencia térmica calculada de unos 500 millones de vatios, juegan un papel fundamental.Actualmente en San Petersburgo, en la sede del Instituto
Efremov, de investigación de instrumental electro-físico, se llevan a cabo
pruebas del equipamiento especial para el ITER.
“La síntesis termonuclear”, como la llaman, es un proyecto a largo plazo cuya aplicación comercial se espera obtener para el 2040-2050. Según
expertos académicos, es muy difícil que la primera central termonuclear
se cree antes de 25 años. Para 2050 debería comenzar la explotación comercial de la energía termonuclear con una potencia de 1GW en Rusia y
para finales de siglo se deberían producir 100 GW de esta energía, lo que
supondría más del40 % de la potencia energética rusa actual.
Según los científicos, la fusión termonuclear produce cuatro veces más
energía que la nuclear y no es peligrosa. Según ellos “el reactor no puede
explotar y no se producirán residuos de alta actividad y vida larga. Es intrínsecamente seguro y el impacto medioambiental será bajo” Mientras tanto,
el todopoderoso genio termonuclear sigue escondido y, mientras esté sin
domar, deberá guardarse en un refugio seguro. Eso mismo decían de las
centrales nucleares de fisión y ya hemos visto Chernobil, Fukusima etc.
En este caso ¿qué pasaría si en medio de una fusión del plasma dejaran de
funcionar los electroimanes? ¿No saldría despedido el plasma a una temperatura de 150 millones de grados abrasando todo lo que hubiera en varias
ciudades de alrededor?
Mientras esto no se consiga, no está de más que los Gobiernos incentiven
las energías limpias que se encuentran a nuestro alcance, entre ellas principalmente la energía solar, la más directa inocua y limpia que tenemos.
Perspectivas de futuro
La gran inversión necesaria para
el proyecto ITER, el tiempo requerido para su culminación y la
explotación lógica por parte de los
países participantes, da que pensar
que no será ésta la energía limpia y
barata que solucione los problemas
energéticos y de contaminación
mundiales.
Controles: Un amplia gama de sistemas, mas de 50, se instalarán en la máquina del ITER para proporcionar las medidas necesarias para controlar,
evaluar y optimizar el rendimiento de plasma en el ITER y para el estudio
de la física del plasma. Entre estos se encuentran medidores de densidad,
temperatura, concentración de impurezas, partículas, energía, tiempos de
confinamiento y otros procedentes de toda la gama de técnicas de diagnóstico de plasma modernas como cámaras, rayos X y láser, monitores de
neutrones de impureza, espectrómetros de partículas, medidores de presión
y análisis de gases y fibras ópticas.
Fig. 6. Campo de helióstatos
España y el iter
Aparte de la obra civil llevada a cabo por un consorcio hispano francés,
desde el año 2007 la Agencia Europea de Fusión se instaló en Barcelona
que con una plantilla superior a 200 personas entre ingenieros, científicos y
administrativos controla todo el proceso de la fusión, gestiona todo el presupuesto del ITER y sus objetivos alcanzan mas allá de 35 años hasta lograr
el desarrollo de los reactores de demostración.Aparte de acoger a la Agencia, España participa con un programa en I+D coordinado por CIEMAT
a través del Laboratorio Nacional de Fusión en los campos de la física del
confinamiento magnético, los sistemas de diagnóstico, control de la inyección de energía y regeneración del tritio. Así mismo, nuestro país realiza
un importante esfuerzo en el área de las tecnologías de reactor: materiales
especiales, sistemas de manipulación remota y sistemas de metal líquido.
La empresa española Equipos Nucleares se encargará del desarrollo y eje-
Mientras tanto, la energía solar que conocemos tiene un gran futuro por
delante.
Además de ser inagotable, se encuentra en todas partes en mayor o menor
proporción, es limpia y no contaminante.
Nuevas técnicas de construcción como la orientación de los edificios, la
elección de materiales con una masa térmica favorable, el diseño de los espacios interiores y el disponer de ventilación e iluminación la mayor parte
del tiempo están haciendo que esta energía se aproveche mejor, ahorrando
gastos en el consumo de energía.
Elementos nuevos para la fabricación de paneles solares como células fotovoltaicas orgánicas mucho más económicas y flexibles que las actuales de
silicio y que se pueden adaptar a edificios y pintarse harán más accesible
esta energía.
Investigaciones sobre el grafeno y otros materiales, actualmente en desa-
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rrollo, podrán crear desde pantallas planas flexibles y transparentes, baterías
de carga ultra-rápida y paneles solares muy potentes. El grafeno es capaz de
absorber el 2,3 % de la luz blanca en una sola capa de un átomo de grosor,
multiplicándose la absorción en esta misma proporción por cada capa, al no
tener pérdidas debido a su estructura molecular.
Autor: Adolfo de Juan Herráez,
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos
Referencias y Bibliografía:
- Ministerio de Industria, Energía y Turismo “www.minetur.gob.es”
- Instituto para la diversificación y ahorro de la energía (IDAE) “www.idae.es”
- Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
- Iter.org
- Aia revista ingeniería arquitectura y artes. Paraguay
- Guía de la energía solar de la Comunidad de Madrid.“www.madrid.org”
- Wikipedia
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