ITER - ITER

Coordenadas : 43.70831 ° N 5.77741 ° E 43 ° 42′30 ″ N 5 ° 46′39 ″ E /  / 43.70831; 5.77741

ITER
Logotipo de ITER NoonYellow.svg
Participantes del ITER.svg
Ocho miembros participantes
Formación 24 de octubre de 2007
Sede Saint-Paul-lès-Durance , Francia
Afiliación
 China Unión Europea India Japón Rusia Corea del Sur Estados Unidos
 
 
 
 
 
 

Otros: Australia Canadá Kazajstán Tailandia Reino Unido (bajo Fusion for Energy de la UE) Suiza (como miembro de EURATOM )
 
 
 
 
 
  
Director general
Bernard Bigot
Sitio web www .iter .org
ITER
ITER Exhibit (01810402) (12219071813) (recortado) .jpg
Modelo a pequeña escala de ITER
Tipo de dispositivo Tokamak
Localización Saint-Paul-lès-Durance , Francia
Especificaciones técnicas
Radio mayor 6,2 m (20 pies)
Volumen de plasma 840  m 3
Campo magnético 11,8  T (campo toroidal máximo en la bobina)
5.3  T (campo toroidal en el eje)
T (pico de campo poloidal en bobina)
Poder de calefacción 320  MW (entrada eléctrica)
50  MW (absorción térmica)
El poder de la fusion MW (generación eléctrica)
500  MW (térmica de fusión)
Duración de la descarga hasta 1000  s
Historia
Fecha (s) de construcción 2013 - 2025

ITER (inicialmente Reactor Termonuclear Experimental Internacional , "iter" que significa "el camino" o "el camino" en latín) es un megaproyecto internacional de investigación e ingeniería de fusión nuclear destinado a replicar los procesos de fusión del Sol para crear energía en la Tierra. Una vez finalizada la construcción y el primer plasma, previsto para finales de 2025, será el experimento de física de plasma de confinamiento magnético más grande del mundo y el reactor experimental de fusión nuclear tokamak más grande , que se está construyendo junto a las instalaciones de Cadarache en el sur de Francia. ITER será el más grande de los más de 100 reactores de fusión construidos desde la década de 1950, con diez veces el volumen de plasma de cualquier otro tokamak en funcionamiento en la actualidad.

El objetivo a largo plazo de la investigación de la fusión es generar electricidad. El propósito declarado del ITER es la investigación científica y la demostración tecnológica de un gran reactor de fusión, sin generación de electricidad. Los objetivos del ITER son: lograr una fusión suficiente para producir 10 veces más potencia de salida térmica que la potencia térmica absorbida por el plasma durante períodos cortos de tiempo; demostrar y probar las tecnologías que serían necesarias para operar una planta de energía de fusión, incluidos los sistemas de criogenia, calefacción, control y diagnóstico, incluido el mantenimiento remoto; lograr y aprender de un plasma ardiente ; para probar la cría de tritio ; y demostrar la seguridad de una planta de fusión.

El reactor de fusión termonuclear del ITER utilizará más de 300 MW de energía eléctrica para hacer que el plasma absorba 50 MW de energía térmica, creando 500 MW de calor a partir de la fusión durante períodos de 400 a 600 segundos. Esto significaría una ganancia de diez veces de la potencia de calentamiento del plasma o, según lo medido por la entrada de calor a la salida térmica, Q ≥ 10. El Proyecto Europeo de Fusión STOA advierte que esta cifra se refiere solo a la energía del plasma en sí, y que la captura práctica de esta energía para la producción de electricidad introduciría importantes ineficiencias que el ITER no está diseñado para superar. El récord actual de producción de energía mediante fusión nuclear lo tiene el reactor Joint European Torus , que inyectó 24 MW de potencia de calefacción para crear un plasma de 16 MW, por un Q de 0,67, en 1997. Más allá de calentar el plasma, la electricidad total consumidos por el reactor y las instalaciones oscilarán entre 110 MW y 620 MW pico durante períodos de 30 segundos durante la operación del plasma. Como reactor de investigación, la energía térmica generada no se convertirá en electricidad, sino que simplemente se ventilará .

El ITER está financiado y dirigido por siete partidos miembros: la Unión Europea , China , India , Japón , Rusia , Corea del Sur y Estados Unidos ; el Reino Unido y Suiza participar a través de Euratom, mientras que el proyecto tiene acuerdos de cooperación con Australia, Kazajstán y Canadá.

La construcción del complejo ITER comenzó en 2013 y el montaje del tokamak comenzó en 2020. El presupuesto inicial era de cerca de 6 000 millones de euros, pero se prevé que el precio total de la construcción y las operaciones sea de 18 a 22 000 millones de euros; otras estimaciones sitúan el costo total entre $ 45 mil millones y $ 65 mil millones, aunque estas cifras son cuestionadas por ITER. Independientemente del coste final, el ITER ya ha sido descrito como el experimento científico más caro de todos los tiempos, el proyecto de ingeniería más complicado de la historia de la humanidad y una de las colaboraciones humanas más ambiciosas desde el desarrollo de la Estación Espacial Internacional (100.000 millones de euros). presupuesto) y el Gran Colisionador de Hadrones (presupuesto de 7.500 millones de euros).

Se espera que el sucesor planificado de ITER, el DEMO impulsado por EUROfusion , sea uno de los primeros reactores de fusión en producir electricidad en un entorno experimental.

Fondo

ITER producirá energía fusionando deuterio y tritio en helio.

Fusion tiene como objetivo replicar el proceso que tiene lugar en las estrellas donde el calor intenso en el núcleo fusiona los núcleos y produce cantidades masivas de energía en forma de calor y luz. Aprovechar la energía de fusión en condiciones terrestres proporcionaría energía suficiente para satisfacer la creciente demanda, y hacerlo de una manera sostenible que tenga un impacto relativamente pequeño en el medio ambiente. Un gramo de mezcla de combustible deuterio-tritio en el proceso de fusión nuclear produce 90.000 kilovatios hora de energía, o el equivalente a 11 toneladas de carbón.

La fusión nuclear utiliza un enfoque diferente a la energía nuclear tradicional. Las centrales nucleares actuales se basan en la fisión nuclear y el núcleo de un átomo se divide para liberar energía. La fusión nuclear toma múltiples núcleos y usa calor intenso para fusionarlos, un proceso que también libera energía.

La fusión nuclear tiene muchos atractivos potenciales. El combustible es relativamente abundante o se puede producir en un reactor de fusión. Después de las pruebas preliminares con deuterio, ITER utilizará una mezcla de deuterio-tritio para su fusión debido al alto potencial energético de la combinación. El primer isótopo, el deuterio , se puede extraer del agua de mar , lo que significa que es un recurso casi inagotable. El segundo isótopo, el tritio , solo se encuentra en pequeñas cantidades en la naturaleza y el suministro mundial estimado (producido principalmente por los reactores de fisión de agua pesada CANDU ) es de solo 20 kilogramos por año, insuficiente para las centrales eléctricas. El ITER probará la tecnología de manto de reproducción de tritio que permitiría a un futuro reactor de fusión crear su propio tritio y, por lo tanto, ser autosuficiente. Además, un reactor de fusión prácticamente no produciría emisiones de CO 2 ni contaminantes atmosféricos, no habría posibilidad de fusión y sus productos de desecho radiactivo serían en su mayoría de muy corta duración en comparación con los producidos por los reactores nucleares convencionales (reactores de fisión).

El 21 de noviembre de 2006, los siete socios del proyecto acordaron formalmente financiar la creación de un reactor de fusión nuclear. Se prevé que el programa tendrá una duración de 30 años: 10 años para la construcción y 20 años de funcionamiento. Inicialmente, se esperaba que el ITER costara aproximadamente 5000 millones de euros. Sin embargo, los retrasos, el aumento del precio de las materias primas y los cambios en el diseño inicial han hecho que la estimación presupuestaria oficial se eleve a entre 18 000 y 20 000 millones de euros.

Se esperaba que el reactor demorara 10 años en construirse y el ITER había planeado probar su primer plasma en 2020 y lograr la fusión completa para 2023, sin embargo, el programa ahora es probar el primer plasma en 2025 y la fusión completa en 2035. La preparación del sitio ha comenzado en Cadarache , Francia, y el presidente francés, Emmanuel Macron, lanzaron la fase de ensamblaje del proyecto en una ceremonia en 2020. Según el cronograma revisado, el trabajo para lograr la primera descarga de plasma de hidrógeno ahora está completado en un 70% y se considera que va por buen camino.

Cuando comiencen los experimentos de fusión, el objetivo declarado de ITER es convertirse en el primer dispositivo de fusión en producir energía neta. Los cálculos oficiales indican que se inyectarán 50 MW de potencia de calefacción en el plasma para crear una potencia de fusión de 500 MW para pulsos de 400 segundos. Con la fusión nuclear, el factor de ganancia de energía de fusión se expresa con el símbolo Q, donde Q = 1 es una situación de equilibrio. Esto significa que el objetivo de ITER es lograr una energía de fusión mínima de Q = 10. Esto se compara con el récord actual de fusión logrado por JET cuando inyectó 24MW de energía de calefacción para crear una producción de energía de fusión de 16 MW, lo que significó un Q de 0,67.

Sin embargo, existe un cálculo alternativo para la energía de fusión, la 'ingeniería' Q que tiene en cuenta toda la energía necesaria para operar el reactor de fusión y no solo la energía utilizada para calentar el plasma. Como se explica en el libro ITER: The Giant Fusion Reactor , escrito por el exdirector de comunicaciones de ITER Michel Claessens, 'algunos observadores han calculado que ITER utilizará 300 MW de energía eléctrica para producir el equivalente a 500 MW de energía térmica, o un Q de ingeniería de 1,6. (Usando la ingeniería Q, el consumo total de energía de JET fue de 700 MW de energía eléctrica para crear una producción térmica máxima de 16 MW).

ITER no producirá suficiente calor para producir electricidad neta y, por lo tanto, no está equipado con turbinas para generar electricidad. En cambio, se ventilará el calor producido por las reacciones de fusión. Los reactores de clase DEMO que siguen al ITER están destinados a demostrar la producción neta de electricidad. Debido a las ineficiencias en la generación de electricidad y otros factores, algunos ingenieros nucleares consideran que se requiere una Q de 100, una producción de energía cien veces mayor, para que las centrales eléctricas de fusión comerciales sean viables.

Historia de la organización

La cooperación internacional inicial para un proyecto de fusión nuclear que fue la base del ITER comenzó en 1979 con el Reactor Internacional Tokamak, o INTOR, que tenía cuatro socios: la Unión Soviética, la Comunidad Europea de Energía Atómica , los Estados Unidos y Japón. Sin embargo, el proyecto INTOR se estancó hasta que Mikhail Gorbachev se convirtió en secretario general del Partido Comunista de la Unión Soviética en marzo de 1985. Gorbachov revivió por primera vez el interés en un proyecto de fusión colaborativa en una reunión de octubre de 1985 con el presidente francés François Mitterrand , y luego la idea fue más amplia desarrollado en noviembre de 1985 en la Cumbre de Ginebra con Ronald Reagan .

Los preparativos para la cumbre Gorbachov-Reagan mostraron que no había acuerdos tangibles en los trabajos para la cumbre. Sin embargo, el proyecto ITER estaba ganando impulso en los círculos políticos debido al silencioso trabajo de dos físicos, el científico estadounidense Alvin Trivelpiece, quien se desempeñó como Director de la Oficina de Investigación Energética en la década de 1980 y el científico ruso Evgeny Velikhov, quien se convertiría en director de el Instituto Kurchatov de investigación nuclear. Los dos científicos apoyaron un proyecto para construir un reactor de fusión de demostración. En ese momento, la investigación de la fusión magnética estaba en curso en Japón, Europa, la Unión Soviética y los EE. UU., Pero Trivelpiece y Velikhov creían que dar el siguiente paso en la investigación de la fusión estaría más allá del presupuesto de cualquiera de las naciones clave y que la colaboración sería útil a nivel internacional.

El Dr. Michael Robert, director de Programas Internacionales de la Oficina de Energía de Fusión del Departamento de Energía de EE. UU., Explica que, “En septiembre de 1985, dirigí un equipo científico de EE. UU. A Moscú como parte de nuestras actividades de fusión bilateral. Velikhov me propuso un día en el almuerzo su idea de que la URSS y los Estados Unidos trabajaran juntos para proceder a un reactor de fusión. Mi respuesta fue 'una gran idea', pero desde mi posición, no tengo la capacidad de llevar esa idea al presidente ''.

Este impulso a la cooperación en materia de fusión nuclear se cita como un momento clave de la diplomacia científica , pero, no obstante, estalló una importante lucha burocrática en el gobierno de Estados Unidos por el proyecto. Un argumento en contra de la colaboración era que los soviéticos la utilizarían para robar tecnología y conocimientos especializados de Estados Unidos. Un segundo fue simbólico e involucró la crítica estadounidense sobre cómo se estaba tratando al físico soviético Andrei Sakharov . Sajarov fue uno de los primeros defensores del uso pacífico de la tecnología nuclear y, junto con Igor Tamm , desarrolló la idea del tokamak que está en el corazón de la investigación de la fusión nuclear. Sin embargo, Sajarov también apoyó libertades civiles más amplias en la Unión Soviética, y su activismo le valió tanto el premio Nobel de la paz en 1975 como el exilio interno en Rusia, a lo que se opuso haciendo múltiples huelgas de hambre. El Consejo de Seguridad Nacional de Estados Unidos convocó una reunión bajo la dirección de William Flynn Martin para discutir el proyecto de fusión nuclear que resultó en un consenso de que Estados Unidos debería seguir adelante con el proyecto.

Esto llevó a que la cooperación de fusión nuclear comenzara a discutirse en la cumbre de Ginebra y a la publicación de una declaración conjunta histórica de Reagan y Gorbachov que enfatizaba "la importancia potencial del trabajo destinado a utilizar la fusión termonuclear controlada con fines pacíficos y, en este sentido, defendía la el mayor desarrollo practicable de la cooperación internacional para la obtención de esta fuente de energía, esencialmente inagotable, en beneficio de toda la humanidad ". Para la comunidad de la fusión, esta declaración fue un gran avance y se reforzó cuando Reagan evocó las posibilidades de la fusión nuclear en una sesión conjunta del Congreso a finales de mes.

Como resultado, la colaboración en un experimento de fusión internacional comenzó a avanzar. En octubre de 1986, en la Cumbre de Reykjavik , se formó el llamado "Comité de Iniciativa Cuatripartita" (Europa a través de los países de Euratom, Japón, URSS y EE. UU.) Para supervisar el desarrollo del proyecto. Al año siguiente, en marzo de 1987, el Comité de Iniciativa Cuatripartito se reunió en la sede del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) en Viena. Esta reunión marcó el lanzamiento de los estudios de diseño conceptual para los reactores experimentales, así como el inicio de las negociaciones para temas operativos como los fundamentos legales para el uso pacífico de la tecnología de fusión, la estructura organizativa y el personal, y la ubicación final del proyecto. En esta reunión en Viena también fue donde el proyecto fue bautizado como Reactor Experimental Termonuclear Internacional, aunque rápidamente se hizo referencia a él solo por su abreviatura y su significado latino de 'el camino'.

Las fases de diseño conceptual y de ingeniería se llevaron a cabo bajo los auspicios del OIEA. Los objetivos técnicos originales se establecieron en 1992 y las Actividades de Diseño de Ingeniería (EDA) originales se completaron en 1998. Un diseño detallado y aceptable fue validado en julio de 2001 para completar el período extendido de EDA, y el diseño validado luego pasó por una Revisión de Diseño que comenzó en noviembre de 2006 y concluyó en diciembre de 2007. El proceso de diseño fue difícil con discusiones sobre cuestiones tales como si debería haber secciones transversales circulares para confinamiento magnético o secciones transversales en forma de "D". Estos problemas fueron en parte responsables de que Estados Unidos abandonara temporalmente el proyecto en 1999 antes de reincorporarse en 2003.

Al mismo tiempo, el grupo de socios del ITER se estaba expandiendo, y China y Corea del Sur se unieron al proyecto en 2003 e India se unió formalmente en 2005.

Hubo una acalorada competencia para albergar el proyecto ITER y los candidatos se redujeron a dos posibles lugares: Francia y Japón. Rusia, China y la Unión Europea apoyaron la elección de Cadarache en Francia, mientras que Estados Unidos, Corea del Sur y Japón apoyan la elección de Rokkasho en Japón. En junio de 2005, se anunció oficialmente que ITER se construiría en el sur de Francia en el sitio de Cadarache. Las negociaciones que llevaron a la decisión terminaron en un compromiso entre la UE y Japón, en el que se prometió a Japón el 20% del personal de investigación en la ubicación francesa del ITER, así como el jefe del organismo administrativo del ITER. Además, se acordó que el 8% del presupuesto de construcción del ITER se destinaría a las instalaciones de los socios que se construirían en Japón.

El 21 de noviembre de 2006, en una ceremonia organizada por el presidente francés Jacques Chirac en el Palacio del Elíseo en París, un consorcio internacional firmó un acuerdo formal para construir el reactor. Los trabajos iniciales de limpieza del solar para la construcción comenzaron en Cadarache en marzo de 2007 y, una vez que este acuerdo fue ratificado por todos los socios, la Organización ITER se constituyó oficialmente el 24 de octubre de 2007.

En 2016, Australia se convirtió en el primer socio no miembro del proyecto. ITER firmó un acuerdo de cooperación técnica con la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO), otorgando a este país acceso a los resultados de la investigación del ITER a cambio de la construcción de partes seleccionadas de la máquina ITER. En 2017, Kazajstán firmó un acuerdo de cooperación que sentó las bases para la colaboración técnica entre el Centro Nuclear Nacional de la República de Kazajstán y el ITER. Más recientemente, después de colaborar con ITER en las primeras etapas del proyecto, Canadá firmó un acuerdo de cooperación en 2020 con un enfoque en el tritio y los equipos relacionados con el tritio.

El proyecto comenzó su fase de montaje de cinco años en julio de 2020, lanzado por el presidente francés, Emmanuel Macron, en presencia de otros miembros del proyecto ITER.

Directores generales

El ITER está supervisado por un órgano de gobierno conocido como el Consejo del ITER, que está compuesto por representantes de los siete signatarios del Acuerdo ITER. El Consejo del ITER es responsable de la dirección general de la organización y decide cuestiones como el presupuesto. El Consejo del ITER también nombra al director general del proyecto. Hasta ahora ha habido tres directores generales:

El actual director general, Bernard Bigot, fue designado para reformar la gestión y la gobernanza del proyecto ITER. En enero de 2019, el Consejo del ITER votó por unanimidad para volver a nombrar a Bigot para un segundo mandato de cinco años.

Objetivos

La misión declarada del ITER es demostrar la viabilidad de la energía de fusión como una fuente de energía libre de carbono a gran escala. Más concretamente, el proyecto tiene como objetivos:

  • Produce momentáneamente un plasma de fusión con una potencia térmica diez veces mayor que la potencia térmica inyectada (un valor Q de 10).
  • Producir un plasma en estado estacionario con un valor de Q mayor que 5. ( Q = 1 es el punto de equilibrio científico, como se define en el factor de ganancia de energía de fusión ).
  • Mantenga un pulso de fusión hasta por 8 minutos.
  • Desarrollar tecnologías y procesos necesarios para una central eléctrica de fusión, incluidos imanes superconductores y manipulación remota (mantenimiento por robot).
  • Verifique los conceptos de reproducción de tritio .
  • Refina la tecnología de conversión de calor / escudo de neutrones (la mayor parte de la energía en la reacción de fusión D + T se libera en forma de neutrones rápidos).

Los objetivos del proyecto ITER no se limitan a la creación del dispositivo de fusión nuclear, sino que son mucho más amplios, incluido el desarrollo de las capacidades, habilidades, herramientas, cadenas de suministro y cultura técnicas, organizativas y logísticas necesarias que permitan la gestión de tales megaproyectos entre los países participantes, bootstrapping sus industrias locales de fusión nuclear.

Cronograma y estado

Vista aérea del emplazamiento del ITER en 2018
Estado de construcción del ITER en 2018
Vista aérea del emplazamiento del ITER en 2020

En mayo de 2021, el ITER está completo en más del 78% hacia el primer plasma. El inicio está programado para finales de 2025.

El inicio del proyecto se remonta a 1978, cuando la Comisión Europea , Japón , Estados Unidos y la URSS se unieron para el Taller Internacional del Reactor Tokamak (INTOR). Esta iniciativa se llevó a cabo bajo los auspicios de la Agencia Internacional de Energía Atómica y sus objetivos eran evaluar la preparación de la fusión magnética para avanzar a la etapa de reactor de potencia experimental (EPR), identificar la I + D adicional que se debe realizar y definir las características de tal EPR mediante un diseño conceptual. Desde 1978 hasta mediados de la década de 1980, cientos de científicos e ingenieros de fusión de cada país participante participaron en una evaluación detallada del sistema de confinamiento de tokamak y las posibilidades de diseño para aprovechar la energía de fusión nuclear.

En 1985, en la reunión cumbre de Ginebra en 1985 , Mikhail Gorbachev sugirió a Ronald Reagan que los dos países emprendieran conjuntamente la construcción de un tokamak EPR como lo propuso el Taller INTOR. El proyecto ITER se inició en 1988.

Se inició la construcción en 2007 y la construcción del complejo ITER tokamak comenzó en 2013.

El ensamblaje de la máquina se inició el 28 de julio de 2020. Se espera que la construcción de la instalación se complete en 2025 cuando pueda comenzar la puesta en servicio del reactor y los experimentos iniciales de plasma están programados para comenzar a fines de ese año. Cuando el ITER entre en funcionamiento, será el mayor experimento de física de plasma de confinamiento magnético en uso con un volumen de plasma de 840 metros cúbicos, superando al Joint European Torus por un factor de 8.

Hitos del proyecto
Fecha Evento
1988 Iniciado oficialmente el proyecto ITER. Las actividades de diseño conceptual se desarrollaron entre 1988 y 1990.
1992 Actividades de diseño de ingeniería de 1992 a 1998.
2006 Aprobación de una estimación de costes de 10.000 millones de euros (12.800 millones de dólares estadounidenses) que prevé el inicio de la construcción en 2008 y su finalización una década más tarde.
2007 Comienza la construcción del sitio
2008 Inicio de la preparación del sitio, inicio del itinerario del ITER.
2009 Finalización de la preparación del sitio.
2010 Comienza la excavación del complejo Tokamak .
2013 Comienza la construcción del complejo Tokamak.
2015 Comienza la construcción de Tokamak, pero el cronograma se extiende por al menos seis años.
2017 Salón de Actos listo para equipamiento.
2018-2025 Montaje e integración:
  • Diciembre de 2018: soporte de hormigón terminado.
  • Julio de 2019: fondo y cilindro inferior del criostato ensamblados a partir de piezas.
  • Abril de 2020: se completa el primer sector de recipientes de vacío.
  • Mayo de 2020: parte inferior del criostato instalado, comenzó el ensamblaje de tokamak.
  • Julio de 2020: lanzamiento formal del ensamblaje de la máquina.
  • Octubre de 2020: comience a soldar recipientes de vacío juntos.
  • Junio ​​de 2022 (planificado): recipiente de vacío instalado.
  • Noviembre de 2023 (previsto): se inicia la instalación del solenoide central.
2025
  • Previsto: finaliza el montaje; Comienza la fase de puesta en servicio.
  • Planificado: logro del primer plasma .
2035 Planificado: inicio de la operación deuterio-tritio .

Descripción general del reactor

Cuando el deuterio y el tritio se fusionan, dos núcleos se unen para formar un núcleo de helio (una partícula alfa ) y un neutrón de alta energía .

2
1
D
+ 3
1
T
4
2
Él
+ 1
0
norte
+ 17,59  MeV

Si bien casi todos los isótopos estables más ligeros en la tabla periódica que el hierro-56 y el níquel-62 , que tienen la energía de enlace más alta por nucleón , se fusionarán con algún otro isótopo y liberarán energía, el deuterio y el tritio son, con mucho, los más atractivos para la generación de energía. ya que requieren la energía de activación más baja (por lo tanto, la temperatura más baja) para hacerlo, mientras producen entre la mayor cantidad de energía por unidad de peso.

Todas las estrellas proto y de mediana edad irradian enormes cantidades de energía generada por los procesos de fusión. Masa por masa, el proceso de fusión de deuterio-tritio libera aproximadamente tres veces más energía que la fisión del uranio-235 y millones de veces más energía que una reacción química como la quema de carbón. El objetivo de una central eléctrica de fusión es aprovechar esta energía para producir electricidad.

Las energías de activación (en la mayoría de los sistemas de fusión, esta es la temperatura requerida para iniciar la reacción) para las reacciones de fusión son generalmente altas porque los protones en cada núcleo tenderán a repelerse fuertemente entre sí, ya que cada uno tiene la misma carga positiva . Una heurística para estimar las velocidades de reacción es que los núcleos deben poder llegar a 100 femtómetros (1 × 10 −13 metros) entre sí, donde es cada vez más probable que los núcleos experimenten un túnel cuántico más allá de la barrera electrostática y el punto de inflexión donde el fuerte La fuerza nuclear y la fuerza electrostática están igualmente equilibradas, lo que les permite fusionarse. En ITER, esta distancia de aproximación es posible gracias a las altas temperaturas y el confinamiento magnético. ITER utiliza equipos de refrigeración como una bomba criogénica para enfriar los imanes hasta cerca del cero absoluto . Las altas temperaturas dan a los núcleos suficiente energía para superar su repulsión electrostática (ver distribución de Maxwell-Boltzmann ). Para el deuterio y el tritio, las velocidades de reacción óptimas se producen a temperaturas superiores a 100 millones de ° C. En el ITER, el plasma se calentará a 150 millones de ° C (unas diez veces la temperatura en el núcleo del Sol ) mediante calentamiento óhmico (haciendo pasar una corriente a través del plasma). Se aplica calentamiento adicional mediante inyección de haz neutro (que cruza las líneas del campo magnético sin una desviación neta y no causará una gran interrupción electromagnética) y calentamiento por radiofrecuencia (RF) o microondas .

A temperaturas tan altas, las partículas tienen una gran energía cinética y, por tanto, velocidad. Si no están confinadas, las partículas escaparán rápidamente, llevándose la energía consigo, enfriando el plasma hasta el punto en que ya no se produce energía neta. Un reactor exitoso necesitaría contener las partículas en un volumen lo suficientemente pequeño durante el tiempo suficiente para que gran parte del plasma se fusionara. En ITER y muchos otros reactores de confinamiento magnético , el plasma, un gas de partículas cargadas, se confina mediante campos magnéticos. Una partícula cargada que se mueve a través de un campo magnético experimenta una fuerza perpendicular a la dirección de viaje, lo que resulta en una aceleración centrípeta , lo que la limita a moverse en un círculo o hélice alrededor de las líneas de flujo magnético. ITER utilizará cuatro tipos de imanes para contener el plasma: un imán de solenoide central, imanes poloidales alrededor de los bordes del tokamak, 18 bobinas de campo toroidal en forma de D y bobinas de corrección.

También se necesita un recipiente de confinamiento sólido, tanto para proteger los imanes y otros equipos de las altas temperaturas y los fotones y partículas energéticos, como para mantener un vacío cercano para que se llene el plasma. El recipiente de contención está sometido a un aluvión de partículas muy energéticas, donde electrones, iones, fotones, partículas alfa y neutrones lo bombardean constantemente y degradan la estructura. El material debe diseñarse para soportar este entorno para que una central eléctrica resulte económica. Las pruebas de dichos materiales se llevarán a cabo tanto en ITER como en IFMIF (Instalación Internacional de Irradiación de Materiales de Fusión).

Una vez que ha comenzado la fusión, los neutrones de alta energía irradiarán desde las regiones reactivas del plasma, cruzando fácilmente las líneas del campo magnético debido a la neutralidad de la carga (ver flujo de neutrones ). Dado que son los neutrones los que reciben la mayor parte de la energía, serán la principal fuente de producción de energía del ITER. Idealmente, las partículas alfa gastarán su energía en el plasma, calentándolo aún más.

La pared interior del recipiente de contención tendrá 440 módulos de manta que están diseñados para ralentizar y absorber neutrones de manera confiable y eficiente y, por lo tanto, proteger la estructura de acero y los imanes de campo toroidal superconductores. En etapas posteriores del proyecto ITER, se utilizarán módulos de manta experimentales para probar el cultivo de tritio para combustible a partir de guijarros cerámicos que contienen litio contenidos en el módulo de manta siguiendo las siguientes reacciones:

1
0
norte
+ 6
3
Li
3
1
T
+ 4
2
Él
1
0
norte
+ 7
3
Li
3
1
T
+ 4
2
Él
+ 1
0
norte

donde el neutrón reactivo es suministrado por la reacción de fusión DT.

La energía absorbida de los neutrones rápidos se extrae y pasa al refrigerante primario. Esta energía térmica se utilizaría luego para alimentar una turbina generadora de electricidad en una central eléctrica real; en el ITER este sistema de generación de electricidad no es de interés científico, por lo que se extraerá y eliminará el calor.

Diseño técnico

Dibujo del tokamak ITER y los sistemas integrados de la planta
Dibujo del tokamak ITER y los sistemas integrados de la planta

Recipiente de vacío

Sección transversal de parte del recipiente de reacción de fusión ITER previsto.

El recipiente de vacío es la parte central de la máquina ITER: un recipiente de acero de doble pared en el que se contiene el plasma mediante campos magnéticos.

El recipiente de vacío ITER será dos veces más grande y 16 veces más pesado que cualquier recipiente de fusión fabricado anteriormente: cada uno de los nueve sectores en forma de toro pesará aproximadamente 500 toneladas para un peso total de 5000 toneladas. Cuando se incluyen todos los blindajes y estructuras portuarias, esto suma un total de 5.116 toneladas. Su diámetro externo medirá 19,4 metros (64 pies), el interno 6,5 metros (21 pies). Una vez ensamblada, toda la estructura tendrá 11,3 metros (37 pies) de altura.

La función principal del recipiente de vacío es proporcionar un recipiente de plasma sellado herméticamente. Sus componentes principales son el buque principal, las estructuras portuarias y el sistema de soporte. La embarcación principal es una estructura de doble pared con nervaduras de refuerzo poloidales y toroidales entre conchas de 60 milímetros de espesor (2,4 pulgadas) para reforzar la estructura de la embarcación. Estas nervaduras también forman los conductos de flujo del agua de refrigeración. El espacio entre las paredes dobles se rellenará con estructuras de blindaje de acero inoxidable. Las superficies internas del buque actuarán como interfaz con los módulos reproductores que contienen el componente de manta reproductora. Estos módulos proporcionarán protección contra los neutrones de alta energía producidos por las reacciones de fusión y algunos también se utilizarán para conceptos de reproducción de tritio.

El recipiente de vacío tiene un total de 44 aberturas que se conocen como puertos (18 superiores, 17 ecuatoriales y 9 inferiores) que se utilizarán para operaciones de manipulación remota, sistemas de diagnóstico, inyecciones de haz neutro y bombeo de vacío. La manipulación a distancia se hace necesaria por el interior radiactivo del reactor después de una parada, que es causada por el bombardeo de neutrones durante la operación.

El bombeo de vacío se realizará antes del inicio de las reacciones de fusión para eliminar todas las moléculas y crear la baja densidad necesaria que es aproximadamente un millón de veces menor que la densidad del aire.

Manta de criador

ITER utilizará un combustible de deuterio-tritio, y aunque el deuterio es abundante en la naturaleza, el tritio es mucho más raro porque es un isótopo de hidrógeno con una vida media de solo 12,3 años y solo hay aproximadamente 3,5 kilogramos de tritio natural en la tierra. Debido a este suministro terrestre limitado de tritio , un componente clave del diseño del reactor ITER es la manta reproductora. Este componente, ubicado adyacente al recipiente de vacío, sirve para producir tritio a través de la reacción con neutrones del plasma. Hay varias reacciones que producen tritio dentro de la manta. El litio-6 produce tritio mediante reacciones (n, t) con neutrones moderados, mientras que el litio-7 produce tritio mediante interacciones con neutrones de mayor energía mediante reacciones (n, nt).

Los conceptos para la manta reproductora incluyen los métodos de plomo de litio enfriado con helio (HCLL), lecho de guijarros enfriado con helio (HCPB) y plomo de litio enfriado por agua (WCLL). Se probarán en ITER seis sistemas diferentes de reproducción de tritio, conocidos como módulos de manta de prueba (TBM), que compartirán una geometría de caja común. Los materiales para su uso como guijarros reproductores en el concepto de HCPB incluyen metatitanato de litio y ortosilicato de litio . Los requisitos de los materiales de reproducción incluyen una buena producción y extracción de tritio, estabilidad mecánica y bajos niveles de activación radiactiva.

Sistema de imán

ITER se basa en la fusión por confinamiento magnético que utiliza campos magnéticos para contener el combustible de fusión en forma de plasma. El sistema de imanes utilizado en el ITER tokamak será el sistema de imanes superconductores más grande jamás construido. El sistema utilizará cuatro tipos de imanes para lograr el confinamiento del plasma: un imán de solenoide central, imanes poloidales, bobinas de campo toroidal y bobinas de corrección. La bobina del solenoide central tendrá 18 metros de alto, 4,3 metros de ancho y pesará 1000 toneladas. Utilizará niobio-estaño superconductor para transportar 45 kA y producir un campo máximo de más de 13 teslas .

Las 18 bobinas de campo toroidal también utilizarán niobio-estaño. Son los imanes superconductores más potentes jamás diseñados con una intensidad de campo máxima nominal de 11,8 teslas y una energía magnética almacenada de 41 gigajulios . Otros imanes ITER de campo inferior (campo poloidal y bobinas de corrección) utilizarán niobio-titanio para sus elementos superconductores.

Calefacción adicional

Para lograr la fusión, las partículas de plasma deben calentarse a temperaturas que alcanzan los 150 millones de ° C y para lograr estas temperaturas extremas se deben utilizar múltiples métodos de calentamiento. Dentro del tokamak mismo, los campos magnéticos cambiantes producen un efecto de calentamiento, pero también se requiere un calentamiento externo. Habrá tres tipos de calefacción externa en ITER:

  • Dos inyectores de haz neutro de calentamiento de un millón de voltios (HNB) que proporcionarán aproximadamente 16,5 MW cada uno al plasma en combustión, con la posibilidad de agregar un tercer inyector. Los haces generan iones de deuterio cargados eléctricamente que se aceleran a través de cinco rejillas para alcanzar la energía requerida de 1MV y los haces pueden funcionar durante toda la duración del pulso de plasma, un total de hasta 3600 segundos. El prototipo se está construyendo en la instalación de prueba de haz neutral (NBTF), que se construyó en Padua , Italia. También hay un rayo neutro más pequeño que se utilizará para diagnósticos para ayudar a detectar la cantidad de ceniza de helio dentro del tokamak.
  • Un sistema de calentamiento por resonancia de ciclotrón de iones (ICRH) que inyectará 20 MW de energía electromagnética en el plasma mediante el uso de antenas para generar ondas de radio que tienen la misma tasa de oscilación que los iones en el plasma.
  • Un sistema de calentamiento por resonancia de ciclotrón de electrones (ECRH) que calentará electrones en el plasma utilizando un haz de radiación electromagnética de alta intensidad.

Criostato

El criostato ITER es una gran estructura de acero inoxidable de 3850 toneladas que rodea el recipiente de vacío y los imanes superconductores, con el propósito de proporcionar un entorno de vacío súper frío. Su espesor (que va de 50 a 250 milímetros (2,0 a 9,8 pulgadas)) le permitirá resistir las tensiones inducidas por la presión atmosférica que actúa sobre el volumen cerrado de 8.500 metros cúbicos. El 9 de junio de 2020, Larsen & Toubro completó la entrega e instalación del módulo de criostato. El criostato es el componente principal del complejo tokamak, que se asienta sobre una base sísmicamente aislada.

Desviador

El desviador es un dispositivo dentro del tokamak que permite la eliminación de desechos e impurezas del plasma mientras el reactor está en funcionamiento. En ITER, el desviador extraerá el calor y las cenizas que se crean mediante el proceso de fusión, al mismo tiempo que protege las paredes circundantes y reduce la contaminación del plasma.

El desviador ITER, que se ha comparado con un cenicero macizo, está hecho de 54 piezas de piezas de acero inoxidable que se conocen como casetes. Cada casete pesa aproximadamente ocho toneladas y mide 0,8 metros x 2,3 metros por 3,5 metros. La agencia Fusion For Energy supervisa el diseño y la construcción del desviador.

Cuando el tokamak ITER está en funcionamiento, las unidades con revestimiento de plasma soportan picos de calor de hasta 20 megavatios por metro cuadrado, que es más de cuatro veces mayor que lo que experimenta una nave espacial que entra en la atmósfera de la Tierra.

La prueba del desviador se está realizando en la instalación de prueba de desviadores ITER (IDTF) en Rusia. Esta instalación fue creada en el Instituto Efremov en San Petersburgo como parte del Acuerdo de Adquisición ITER que distribuye el diseño y la fabricación en los países miembros del proyecto.

Sistemas de refrigeracion

El ITER tokamak utilizará sistemas de refrigeración interconectados para gestionar el calor generado durante el funcionamiento. La mayor parte del calor será eliminada por un circuito de enfriamiento de agua primario, a su vez enfriado por agua a través de un intercambiador de calor dentro del confinamiento secundario del edificio tokamak. El circuito de enfriamiento secundario será enfriado por un complejo más grande, que comprende una torre de enfriamiento, una tubería de 5 km (3,1 millas) que suministra agua desde el Canal de Provence y cuencas que permiten que el agua de enfriamiento se enfríe y se analice la contaminación química y el tritio antes. siendo liberado en el río Durance . Este sistema necesitará disipar una potencia media de450 MW durante la operación del tokamak. Un sistema de nitrógeno líquido proporcionará más1300 kW de enfriamiento a 80  K (-193.2 ° C; -315.7 ° F), y un sistema de helio líquido proporcionará75 kW de enfriamiento a 4.5 K (-268.65 ° C; -451.57 ° F). El sistema de helio líquido será diseñado, fabricado, instalado y puesto en marcha por Air Liquide en Francia.

Localización

Ubicación de Cadarache en Francia

El proceso de selección de una ubicación para el ITER fue largo y prolongado. Japón propuso un sitio en Rokkasho , Aomori . Se consideraron dos sitios europeos, el sitio Cadarache en Francia y el sitio Vandellòs en España, pero el Consejo Europeo de Competitividad nombró a Caderache como su candidato oficial en noviembre de 2003. Además, Canadá anunció una oferta para el sitio en Clarington en mayo de 2001, pero se retiró de la carrera en 2003.

A partir de este momento, la elección fue entre Francia y Japón. El 3 de mayo de 2005, la UE y Japón acordaron un proceso que resolvería su disputa en julio. En la reunión final en Moscú el 28 de junio de 2005, las partes participantes acordaron construir ITER en Cadarache con Japón recibiendo una asociación privilegiada que incluyó un director general japonés para el proyecto y un paquete financiero para construir instalaciones en Japón.

Fusion for Energy , la agencia de la UE a cargo de la contribución europea al proyecto, tiene su sede en Barcelona , España. Fusion for Energy (F4E) es la empresa común de la Unión Europea para el ITER y el desarrollo de la energía de fusión. Según el sitio web de la agencia:

F4E es responsable de proporcionar la contribución de Europa al ITER, la asociación científica más grande del mundo que tiene como objetivo demostrar que la fusión es una fuente de energía viable y sostenible. [...] F4E también apoya iniciativas de investigación y desarrollo de fusión [...]

La instalación de prueba de haz neutro ITER destinada a desarrollar y optimizar el prototipo del inyector de haz neutro se está construyendo en Padua , Italia . Será la única instalación de ITER fuera del emplazamiento de Cadarache.

La mayoría de los edificios del ITER estarán revestidos o habrán sido revestidos con un patrón alterno de acero inoxidable reflectante y metal lacado gris. Esto se hizo por razones estéticas para combinar los edificios con su entorno circundante y para ayudar con el aislamiento térmico.

Participantes

Ocho miembros participan en el proyecto ITER.

Actualmente hay siete signatarios del Acuerdo ITER: la Unión Europea (a través de la organización legalmente distinta Euratom ), China , India , Japón , Rusia , Corea del Sur y Estados Unidos .

Como consecuencia del Brexit , el Reino Unido se retiró formalmente de Euratom el 31 de enero de 2020. Sin embargo, según los términos del Acuerdo de Comercio y Cooperación UE-Reino Unido , el Reino Unido sigue siendo miembro del ITER como parte de Fusion for Energy tras la finalización del período transitorio el 31 de diciembre de 2020.

En 2007, el ITER firmó un Acuerdo de Cooperación con Kazajstán . En marzo de 2009, Suiza, miembro asociado de Euratom desde 1979, también ratificó la adhesión del país a la Agencia Nacional Europea Fusion for Energy como tercer país miembro.

En 2016, ITER anunció una asociación con Australia para la "cooperación técnica en áreas de interés y beneficio mutuos", pero sin que Australia se convierta en miembro de pleno derecho.

Tailandia también tiene un papel oficial en el proyecto después de que se firmara un acuerdo de cooperación entre la Organización ITER y el Instituto de Tecnología Nuclear de Tailandia en 2018. El acuerdo proporciona cursos y conferencias a estudiantes y científicos en Tailandia y facilita las relaciones entre Tailandia y el proyecto ITER. .

Canadá fue anteriormente un miembro de pleno derecho que se retiró debido a la falta de financiación del gobierno federal. La falta de financiación también provocó que Canadá se retirara de su oferta para el sitio ITER en 2003. Canadá se reincorporó al proyecto en 2020 a través de un acuerdo de cooperación que se centró en el tritio y los equipos relacionados con el tritio.

El trabajo del ITER es supervisado por el Consejo del ITER, que tiene la autoridad para nombrar al personal superior, modificar los reglamentos, decidir sobre cuestiones presupuestarias y permitir que otros estados u organizaciones participen en el ITER. El actual presidente del Consejo del ITER es Won Namkung y el director general del ITER es Bernard Bigot .

Miembros

No miembros

Agencias nacionales

Cada miembro del proyecto ITER (China, la Unión Europea, India, Japón, Corea, Rusia y Estados Unidos) ha creado una agencia nacional para cumplir con sus contribuciones y responsabilidades de adquisiciones. Estas agencias emplean a su propio personal, tienen su propio presupuesto y supervisan directamente todos los contratos industriales y la subcontratación.

ITER China

La contribución de China al ITER se gestiona a través del Programa Internacional de Energía de Fusión Nuclear de China o CNDA. La agencia china está trabajando en componentes como la bobina de corrección, los soportes magnéticos, la primera pared y la manta protectora. China también está llevando a cabo experimentos en su tokamak HL-2M en Chengdu para ayudar a respaldar la investigación del ITER.

Fusion for Energy

Fusion for Energy , a menudo denominada F4E, es la agencia de la Unión Europea responsable de la contribución europea al ITER. F4E se fundó en 2007 y su sede se encuentra en Barcelona , España, con más oficinas en Cadarache, Francia, Garching, Alemania y Rokkasho, Japón. F4E es responsable de contribuir al diseño y fabricación de componentes como el recipiente de vacío, el desviador y los imanes.

ITER-India

ITER-India es un proyecto especial dirigido por el Instituto de Investigación del Plasma de la India . Las instalaciones de investigación de ITER-India tienen su sede en Ahmedabad, en el estado de Gujarat . Los entregables de la India al proyecto ITER incluyen el criostato, el blindaje en el buque, los sistemas de refrigeración y agua de refrigeración.

ITER Japón

Los Institutos Nacionales de Ciencias y Tecnología Cuánticas y Radiológicas de Japón, o QST, son ahora la agencia nacional japonesa designada para el proyecto ITER. La organización tiene su sede en Chiba , Japón. Japón colabora con la Organización ITER y los miembros del ITER para ayudar a diseñar y producir componentes para el tokamak, incluido el sistema de manipulación remota de mantas, las bobinas de solenoide central, los sistemas de diagnóstico de plasma y los sistemas de calentamiento por inyección de haz neutro.

ITER Corea

ITER Korea se estableció en 2007 bajo el Instituto Nacional de Investigación de Fusión de Corea y la organización tiene su sede en Daejeon , Corea del Sur. Entre los artículos de adquisición de los que ITER Korea es responsable se encuentran cuatro sectores del recipiente de vacío, el bloque de protección de manta, los escudos térmicos y el sistema de almacenamiento y entrega de tritio.

ITER Rusia

Rusia ocupa una de las posiciones clave en la implementación del Proyecto ITER internacional. La contribución de la Federación de Rusia al proyecto ITER consiste en la fabricación y suministro de equipos de alta tecnología y sistemas de reactores básicos. La contribución de la Federación de Rusia se realiza bajo los auspicios de Rosatom o la Corporación Estatal de Energía Atómica. La Federación de Rusia tiene múltiples obligaciones con el proyecto ITER, incluido el suministro de 22 kilómetros de conductores basados ​​en 80 toneladas de hilos superconductores Nb3Sn para bobinas de un campo toroidal y 11 km de conductores basados ​​en 40 toneladas de hilos superconductores NbTi para bobinados de bobinas de un campo poloidal del sistema magnético ITER. Rusia es responsable de la fabricación de 179 de los paneles de la Primera Muralla más intensivos en energía (hasta 5 MW / m2). Los paneles están cubiertos con placas de berilio soldadas a bronce CuCrZr, que se conecta a una base de acero. Tamaño del panel de hasta 2 m de ancho, 1,4 m de alto; su masa es de unos 1000 kg. La obligación de la Federación de Rusia también incluye la realización de pruebas térmicas de los componentes del ITER que se enfrentan al plasma. Hoy Rusia, gracias a su participación en el Proyecto, dispone de la documentación de diseño completa del reactor ITER.

US ITER

El ITER de EE. UU. Forma parte del Departamento de Energía de EE. UU. Y está gestionado por el Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Tennessee. US ITER es responsable tanto del diseño como de la fabricación de componentes para el proyecto ITER y la participación estadounidense incluye contribuciones al sistema de enfriamiento tokamak, los sistemas de diagnóstico, las líneas de transmisión de calentamiento del ciclotrón de electrones e iones, los sistemas de imanes de solenoide central y toroidal, y el sistemas de inyección de pellets.

Fondos

En 2006, el Acuerdo ITER se firmó sobre la base de un coste estimado de 5900 millones de euros durante un período de diez años. En 2008, como resultado de una revisión del diseño, la estimación se revisó al alza hasta aproximadamente 19.000 millones de euros. A partir de 2016, se espera que el precio total de construcción y operación del experimento supere los 22.000 millones de euros, un aumento de 4.600 millones de euros de su estimación de 2010 y de 9.600 millones de euros de la estimación de 2009.

En la conferencia de junio de 2005 en Moscú, los miembros participantes de la cooperación ITER acordaron la siguiente división de las contribuciones de financiación para la fase de construcción: 45,5% por parte del miembro anfitrión, la Unión Europea, y el resto dividido entre los miembros no anfitriones en un tasa del 9,1% para China, India, Japón, Corea del Sur, la Federación de Rusia y los EE. UU. Durante las fases de operación y desactivación, Euratom contribuirá al 34% de los costes totales, Japón y Estados Unidos al 13% y China, India, Corea y Rusia al 10%.

El noventa por ciento de las contribuciones se entregarán 'en especie' utilizando la propia moneda del ITER, las Unidades de Cuenta ITER (IUA). Aunque la contribución financiera de Japón como miembro no anfitrión es una undécima parte del total, la UE acordó otorgarle un estatus especial para que Japón proporcione dos undécimas partes del personal de investigación en Cadarache y se le otorgue dos undécimas partes del contratos de construcción, mientras que las contribuciones de personal y componentes de construcción de la Unión Europea se reducirán de cinco undécimas a cuatro undécimas.

La contribución estadounidense al ITER ha sido objeto de debate. El Departamento de Energía de EE. UU. Ha estimado que los costos totales de construcción hasta 2025, incluidas las contribuciones en especie, serán de $ 65 mil millones, aunque ITER cuestiona este cálculo. Después de haber reducido el financiamiento al ITER en 2017, Estados Unidos terminó duplicando su presupuesto inicial a $ 122 millones de contribución en especie en 2018. Se estima que la contribución total al ITER para el año 2020 fue de $ 247 millones, monto que forma parte de el programa de Ciencias de la Energía de Fusión del Departamento de Energía de EE. UU. Bajo un plan estratégico para guiar los esfuerzos estadounidenses de energía de fusión que fue aprobado en enero de 2021, el Departamento de Energía de EE. UU. Ordenó al Comité Asesor de Ciencias de la Energía de Fusión que asumiera que EE. UU. Continuará financiando el ITER durante un período de diez años.

El apoyo al presupuesto europeo para ITER también ha variado a lo largo del proyecto. En diciembre de 2010 se informó que el Parlamento Europeo se había negado a aprobar un plan de los Estados miembros para reasignar 1.400 millones de euros del presupuesto para cubrir un déficit en los costes de construcción del ITER en 2012-2013. El cierre del presupuesto de 2010 requirió la revisión de este plan de financiación, y la Comisión Europea (CE) se vio obligada a presentar una propuesta de resolución presupuestaria del ITER en 2011. Al final, la contribución europea al ITER para el período 2014-2020 fue fijado en 2.900 millones de euros. Más recientemente, en febrero de 2021, el Consejo Europeo aprobó una financiación del ITER por valor de 5610 millones de euros para el período de 2021 a 2027.

Fabricación

La construcción del tokamak ITER se ha comparado con el montaje de “un rompecabezas tridimensional gigante” porque las piezas se fabrican en todo el mundo y luego se envían a Francia para su montaje. Este sistema de ensamblaje es el resultado del Acuerdo ITER que estipula que las contribuciones de los miembros deben ser en su mayoría "en especie" con los países que fabrican componentes en lugar de proporcionar dinero. Este sistema fue diseñado para proporcionar estímulo económico y experiencia en fusión en los países que financian el proyecto y el marco general requería que el 90% de las contribuciones de los miembros fueran en material o componentes y el 10% en dinero.

Como resultado, se han firmado más de 2800 contratos de diseño o fabricación desde el lanzamiento del proyecto. Según una estimación de 2017 de la ministra francesa de Investigación, Educación e Innovación, Frédérique Vidal , había 500 empresas involucradas en la construcción del ITER y Bernard Bigot declaró que se habían adjudicado 7.000 millones de euros en contratos a contratistas principales solo en Europa desde 2007.

El montaje general de la instalación de tokamak se supervisa a través de un contrato de 174 millones de euros adjudicado a Momentum, una empresa conjunta entre Amec Foster Wheeler (Gran Bretaña), Assystem (Francia) y Kepco (Corea del Sur). Una de las licitaciones más importantes fue un contrato de 530 millones de euros para sistemas HVAC y equipos mecánicos y eléctricos que se adjudicó a un consorcio europeo en el que participaron ENGIE (Francia) y Exyte (Alemania). Un contrato de montaje de tokamak por valor de 200 millones de euros también se destinó a un consorcio europeo, Dynamic, que incluye a las empresas Ansaldo Energia (Italia), ENGIE (Francia) y SIMIC (Italia). El conglomerado industrial francés Daher se adjudicó más de 100 millones de euros en contratos logísticos para ITER, que incluye el envío de los componentes pesados ​​de los diferentes fabricantes de todo el mundo.

En Estados Unidos, US ITER ha otorgado $ 1.3 mil millones en contratos a empresas estadounidenses desde el comienzo del proyecto y se estima que hay $ 800 millones en contratos futuros que aún están por llegar. Los principales contratos de EE. UU. Incluyen la selección de General Atomics para diseñar y fabricar el imán de solenoide central crucial.

En 2019, el consorcio chino liderado por China Nuclear Power Engineering Corporation firmó un contrato para el ensamblaje de máquinas en ITER que fue el mayor contrato de energía nuclear jamás firmado por una empresa china en Europa.

Rusia está suministrando sistemas de inyección de vacío e imanes para ITER y la construcción se está realizando en el Astillero Sredne-Nevsky en San Petersburgo.

En India, el contrato para la construcción del criostato, una de las piezas fundamentales del tokamak, fue adjudicado a Larsen & Toubro , quienes también tienen contratos ITER para sistemas de refrigeración por agua.

Dos de los líderes industriales de Japón, Toshiba Energy Systems & Solutions y Mitsibishi Heavy Industries, tienen contratos para fabricar las bobinas de campo torodial para ITER. La construcción de otra parte clave del tokamak, el recipiente de vacío, fue adjudicada a Hyundai Heavy Industries y se está construyendo en Corea.

Crítica

El proyecto ITER ha sido criticado por cuestiones como sus posibles impactos ambientales, su utilidad como respuesta al cambio climático, el diseño de su tokamak y cómo se han expresado los objetivos del experimento.

Cuando Francia fue anunciada como sede del proyecto ITER en 2005, varios ambientalistas europeos manifestaron su oposición al proyecto. Por ejemplo, el político francés Noël Mamère argumentó que la lucha contra el calentamiento global se descuidaría como resultado del ITER: “Esta no es una buena noticia para la lucha contra el efecto invernadero porque vamos a destinar diez mil millones de euros a un proyecto que tiene un plazo de 30 a 50 años cuando ni siquiera estamos seguros de que será eficaz ". Sin embargo, otra asociación medioambiental francesa Association des Ecologistes Pour le Nucléaire (AEPN) acogió el proyecto ITER como una parte importante de la respuesta al cambio climático cambio.

Dentro del sector de la fusión más amplio, varios investigadores que trabajan en sistemas que no son de Tokamak, como el científico independiente de la fusión Eric Lerner , han argumentado que otros proyectos de fusión serían una fracción del costo de ITER y podrían ser potencialmente más viables y / o más. camino rentable hacia la energía de fusión. Otros críticos, como Daniel Jassby, acusan a los investigadores del ITER de no estar dispuestos a afrontar los posibles problemas técnicos y económicos que plantean los esquemas de fusión de tokamak.

En términos del diseño del tokamak, surgió una preocupación a partir de la interpolación de la base de datos de parámetros de tokamak de 2013 que reveló que la carga de energía en un desviador de tokamak sería cinco veces mayor que el valor esperado anteriormente. Dado que la carga de energía proyectada en el desviador ITER ya será muy alta, estos nuevos hallazgos llevaron a nuevas iniciativas de prueba de diseño.

Otro problema que plantearon los críticos con respecto a ITER y los futuros proyectos de fusión de deuterio-tritio (DT) es el suministro disponible de tritio. En su forma actual, el ITER utilizará todos los suministros existentes de tritio para su experimento y la tecnología de vanguardia actual no es suficiente para generar suficiente tritio para satisfacer las necesidades de los futuros experimentos del ciclo de combustible de DT para la energía de fusión. Según la conclusión de un estudio de 2020 que analizó el problema del tritio, "el desarrollo exitoso del ciclo de combustible DT para DEMO y los futuros reactores de fusión requiere un programa intensivo de I + D en áreas clave de la física del plasma y las tecnologías de fusión".

Respuestas a las críticas

Los defensores creen que muchas de las críticas del ITER son engañosas e inexactas, en particular las acusaciones del "peligro inherente" del experimento. Los objetivos declarados para el diseño de una central eléctrica de fusión comercial son que la cantidad de desechos radiactivos producidos debe ser cientos de veces menor que la de un reactor de fisión, y que no debe producir desechos radiactivos de larga duración, y que es imposible para cualquier tal reactor para sufrir una reacción en cadena descontrolada a gran escala . Un contacto directo del plasma con las paredes internas del ITER lo contaminaría, haciendo que se enfríe inmediatamente y detenga el proceso de fusión. Además, la cantidad de combustible contenida en la cámara de un reactor de fusión (medio gramo de combustible de deuterio / tritio) solo es suficiente para mantener el pulso de combustión de fusión desde minutos hasta una hora como máximo, mientras que un reactor de fisión generalmente contiene varios años. valor de combustible. Además, se implementarán algunos sistemas de detritación, de modo que, a un nivel de inventario del ciclo del combustible de aproximadamente 2 kg (4,4 lb), el ITER eventualmente necesitará reciclar grandes cantidades de tritio y con rotaciones órdenes de magnitud más altas que cualquier instalación de tritio anterior en todo el mundo. .

En el caso de un accidente (o sabotaje), se espera que un reactor de fusión libere mucha menos contaminación radiactiva que una central nuclear de fisión ordinaria. Además, el tipo de energía de fusión del ITER tiene poco en común con la tecnología de las armas nucleares y no produce los materiales fisibles necesarios para la construcción de un arma. Los defensores señalan que la energía de fusión a gran escala podría producir electricidad confiable a pedido y con una contaminación prácticamente nula (no se producen subproductos gaseosos de CO 2 , SO 2 o NO x ).

Según los investigadores de un reactor de demostración en Japón, un generador de fusión debería ser factible en la década de 2030 y, a más tardar, en la de 2050. Japón está llevando a cabo su propio programa de investigación con varias instalaciones operativas que están explorando varios caminos de fusión.

Solo en los Estados Unidos, la electricidad representa 210 mil millones de dólares en ventas anuales. El sector eléctrico de Asia atrajo 93.000 millones de dólares EE.UU. en inversión privada entre 1990 y 1999. Estas cifras sólo tienen en cuenta los precios corrientes. Los defensores del ITER sostienen que una inversión en investigación ahora debería considerarse como un intento de obtener un rendimiento futuro mucho mayor y un estudio de 2017-18 sobre el impacto de las inversiones del ITER en la economía de la UE ha concluido que `` a medio y largo plazo , es probable que el compromiso de la UE con el ITER genere un rendimiento positivo de la inversión ». Además, la inversión mundial de menos de mil millones de dólares estadounidenses al año en el ITER no es incompatible con la investigación simultánea de otros métodos de generación de energía, que en 2007 totalizaron 16.900 millones de dólares estadounidenses.

Los partidarios del ITER enfatizan que la única forma de probar ideas para resistir el intenso flujo de neutrones es someter los materiales de manera experimental a ese flujo, que es una de las misiones principales del ITER y la IFMIF, y ambas instalaciones serán de vital importancia para ese esfuerzo. El objetivo del ITER es explorar las cuestiones científicas y de ingeniería que rodean a las potenciales centrales eléctricas de fusión. Es casi imposible adquirir datos satisfactorios sobre las propiedades de los materiales que se espera estén sujetos a un intenso flujo de neutrones, y se espera que los plasmas en combustión tengan propiedades bastante diferentes a las de los plasmas calentados externamente. Los partidarios sostienen que la respuesta a estas preguntas requiere el experimento ITER, especialmente a la luz de los monumentales beneficios potenciales.

Además, la línea principal de investigación a través de los tokamaks se ha desarrollado hasta el punto de que ahora es posible emprender el penúltimo paso en la investigación de la física del plasma de confinamiento magnético con una reacción autosostenida. En el programa de investigación de tokamak, los avances recientes dedicados al control de la configuración del plasma han llevado al logro de un confinamiento de energía y presión sustancialmente mejorado, lo que reduce el costo proyectado de la electricidad de tales reactores en un factor de dos a un valor de solo 50 % más que el costo proyectado de electricidad de reactores avanzados de agua ligera . Además, el progreso en el desarrollo de materiales estructurales avanzados de baja activación respalda la promesa de reactores de fusión ambientalmente benignos y la investigación de conceptos alternativos de confinamiento está produciendo la promesa de futuras mejoras en el confinamiento. Finalmente, los partidarios sostienen que otros posibles reemplazos de los combustibles fósiles tienen sus propios problemas ambientales. La energía solar , eólica e hidroeléctrica tienen una densidad de potencia de superficie muy baja en comparación con el DEMO sucesor del ITER que, con 2.000 MW, tendría una densidad de energía que excedería incluso a las grandes centrales de fisión.

La seguridad del proyecto está regulada de acuerdo con las regulaciones de energía nuclear francesa y de la UE. En 2011, la Autoridad de Seguridad Nuclear de Francia (ASN) emitió un dictamen favorable y luego, con base en la Ley de Transparencia y Seguridad Nucleares de Francia, la solicitud de licencia fue objeto de una investigación pública que permitió al público en general presentar solicitudes de información sobre seguridad. del proyecto. Según las evaluaciones de seguridad publicadas (aprobadas por la ASN), en el peor de los casos de fuga del reactor, la radiactividad liberada no superará 1/1000 de la radiación natural de fondo y no será necesaria la evacuación de los residentes locales. Toda la instalación incluye una serie de pruebas de estrés para confirmar la eficiencia de todas las barreras. Todo el edificio del reactor está construido sobre casi 500 columnas de suspensión sísmica y todo el complejo está ubicado a casi 300 m sobre el nivel del mar. En general, en el diseño de seguridad del complejo se asumieron eventos extremadamente raros, como una inundación de 100 años del cercano río Durance y terremotos de 10,000 años, y las respectivas salvaguardas son parte del diseño.

Entre 2008 y 2017, el proyecto generó 34 000 años-trabajo solo en la economía de la UE. Se estima que en el período 2018-2030 generará 74 000 años-trabajo adicionales y 15 900 millones de euros de valor bruto.

Proyectos similares

Los precursores de ITER fueron EAST , SST-1 , KSTAR , JET y Tore Supra . Reactores similares incluyen el Wendelstein 7-X . Rusia está desarrollando el tokamak T-15MD en paralelo con su participación en el ITER. Otros reactores de fusión planificados y propuestos incluyen SPARC , DEMO , NIF , HiPER , MAST , SST-2 , CFETR ( China Fusion Engineering Test Reactor ), unTokamak de 200 MW y otras plantas de fusión del sector privado o nacional en fase de demostración.

Ver también

Referencias

Otras lecturas

Claessens, Michel. (2020). ITER: El reactor de fusión gigante: Trayendo un Sol a la Tierra . Saltador.

Clery, Daniel. (2013). Un pedazo de sol . Gerald Duckworth & Co. Ltd.

ITER. (2018). Plan de investigación del ITER dentro del enfoque por etapas (Nivel III - Versión provisional) . ITER.

Wendell Horton, Jr, C. y Sadruddin Benkadda. (2015). Física ITER . World Scientific.

enlaces externos