ITER (inicialmente Reactor Experimental Termonuclear Internacional , iter significa "el camino" o "el camino" en latín [1] [2] [3] ) es un megaproyecto internacional de investigación e ingeniería de fusión nuclear destinado a crear energía a través de un proceso de fusión similar. a la del Sol . Una vez finalizada la construcción del reactor principal y el primer plasma, prevista para finales de 2025, [4] será el experimento de física de plasma de confinamiento magnético más grande del mundo y el reactor experimental de fusión nuclear tokamak más grande del mundo. Se está construyendo junto a las instalaciones de Cadarache , en el sur de Francia. [5] [6] ITER será el mayor de los más de 100 reactores de fusión construidos desde la década de 1950, con un volumen de plasma diez veces mayor que el de cualquier otro tokamak en funcionamiento en la actualidad. [7] [8]
El objetivo a largo plazo de la investigación sobre la fusión es generar electricidad. El objetivo declarado del ITER es la investigación científica y la demostración tecnológica de un gran reactor de fusión, sin generación de electricidad. [9] [7] Los objetivos del ITER son lograr suficiente fusión para producir 10 veces más potencia térmica de salida que la energía térmica absorbida por el plasma durante períodos de tiempo cortos; demostrar y probar las tecnologías que serían necesarias para operar una planta de energía de fusión, incluidos sistemas criogénicos, de calefacción, de control y diagnóstico, y mantenimiento remoto; lograr y aprender de un plasma en llamas ; probar la reproducción con tritio ; y demostrar la seguridad de una planta de fusión. [8] [6]
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. [10] Esto significaría una ganancia diez veces mayor en la potencia de calentamiento del plasma ( Q ), medida por la entrada de calor a la salida térmica, o Q ≥ 10. [11] A partir de 2022 [actualizar], se ostenta el récord de producción de energía mediante fusión nuclear. por el reactor de la Instalación Nacional de Ignición , que logró un Q de 1,5 en diciembre de 2022. [12] Más allá de solo calentar el plasma, la electricidad total consumida por el reactor y las instalaciones oscilará entre 110 MW y 620 MW máximo durante períodos de 30 segundos. durante la operación de plasma. [13] Como reactor de investigación, la energía térmica generada no se convertirá en electricidad, sino que simplemente se ventilará . [6] [14] [15]
ITER está financiado y dirigido por siete partidos miembros: China , la Unión Europea , India , Japón , Rusia , Corea del Sur y Estados Unidos . Inmediatamente después del Brexit, el Reino Unido continuó participando en ITER a través del programa Fusion for Energy (F4E) de la UE ; [16] sin embargo, en septiembre de 2023, el Reino Unido decidió interrumpir su participación en ITER a través de F4E, [17] y en marzo de 2024 había rechazado una invitación para unirse directamente a ITER, decidiendo en cambio seguir su propio programa independiente de investigación sobre fusión. [18] Suiza participó a través de Euratom y F4E, sin embargo, la UE suspendió efectivamente la participación de Suiza en respuesta al colapso de mayo de 2021 en las conversaciones sobre un acuerdo marco UE-Suiza ; [19] a partir de 2024 , Suiza se considera un no participante pendiente de resolución de su disputa con la UE. [20] El proyecto también cuenta con acuerdos de cooperación con Australia, Canadá, Kazajstán y Tailandia. [21] [actualizar]
La construcción del complejo ITER en Francia comenzó en 2013, [22] y el montaje del tokamak comenzó en 2020. [23] El presupuesto inicial era cercano a los 6.000 millones de euros, pero se prevé que el precio total de construcción y operaciones sea de 6.000 millones de euros. entre 18 y 22 mil millones de euros; [24] [25] Otras estimaciones sitúan el coste total entre 45.000 y 65.000 millones de dólares, aunque el ITER cuestiona estas cifras. [26] [27] Independientemente del coste final, ITER ya ha sido descrito como el experimento científico más caro de todos los tiempos, [28] el proyecto de ingeniería más complicado de la historia de la humanidad, [29] y una de las colaboraciones humanas más ambiciosas. desde el desarrollo de la Estación Espacial Internacional (presupuesto de 100.000 millones de euros o 150.000 millones de dólares) y el Gran Colisionador de Hadrones (presupuesto de 7.500 millones de euros). [nota 1] [30] [31]
Se espera que el sucesor previsto del ITER, el DEMO liderado por EUROfusion , sea uno de los primeros reactores de fusión en producir electricidad en un entorno experimental. [32]
La fusión tiene como objetivo replicar el proceso que tiene lugar en las estrellas donde el intenso calor en el núcleo fusiona los núcleos y produce grandes cantidades 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 con un impacto relativamente pequeño en el medio ambiente. Un gramo de mezcla de combustible de deuterio y tritio en el proceso de fusión nuclear produce 90.000 kilovatios hora de energía, o el equivalente a 11 toneladas de carbón. [33]
La fusión nuclear utiliza un enfoque diferente al de la energía nuclear tradicional. Las centrales nucleares actuales dependen de la fisión nuclear, en la que el núcleo de un átomo se divide para liberar energía. La fusión nuclear requiere múltiples núcleos y utiliza calor intenso para fusionarlos, un proceso que también libera energía. [34]
La fusión nuclear tiene muchos atractivos potenciales. El combustible es relativamente abundante o puede producirse en un reactor de fusión. Después de pruebas preliminares con deuterio, el ITER utilizará una mezcla de deuterio-tritio para su fusión debido al alto potencial energético de la combinación [35] y porque esta reacción de fusión es la más fácil de realizar. El primer isótopo, el deuterio , se puede extraer del agua de mar , de la que es un recurso casi inagotable. [36] El segundo isótopo, el tritio , sólo se encuentra en pequeñas cantidades en la naturaleza y el suministro mundial estimado (producido principalmente por los reactores de fisión CANDU de agua pesada ) es de sólo 20 kilogramos por año, insuficiente para las centrales eléctricas. [37] El ITER probará una tecnología de manta de cría de tritio que permitiría a un futuro reactor de fusión crear su propio tritio y, por tanto, ser autosuficiente. [38] [39] 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 radiactivos tendrían en su mayoría una vida muy corta en comparación con los producidos por la energía nuclear convencional. Reactores (reactores de fisión). [40]
El 21 de noviembre de 2006, los siete socios del proyecto acordaron formalmente financiar la creación de un reactor de fusión nuclear. [34] Se prevé que el programa tendrá una duración de 30 años: 10 años de construcción y 20 años de operación. Inicialmente se esperaba que ITER costara aproximadamente 5 mil millones de euros. [41] Sin embargo, los retrasos, el aumento del precio de las materias primas y los cambios en el diseño inicial han hecho que la estimación oficial del presupuesto aumente hasta situarse entre 18.000 y 20.000 millones de euros. [42] [43]
Se esperaba que la construcción del reactor tardara 10 años, y el ITER había planeado probar su primer plasma en 2020 y lograr la fusión completa para 2023; sin embargo, el cronograma ahora es probar el primer plasma en 2025 y la fusión completa en 2035. [44] Sitio Los preparativos comenzaron cerca del centro de Cadarache , Francia, y el presidente francés, Emmanuel Macron, lanzó la fase de ensamblaje del proyecto en una ceremonia en 2020. [45] Según el cronograma revisado, el trabajo para lograr la primera descarga de plasma de hidrógeno estaba completo en un 70% a mediados. de 2020 y se considera que va por buen camino. [46]
Uno de los objetivos del ITER es un valor Q ("ganancia de fusión") de 10. Q = 1 se denomina "equilibrio". El mejor resultado obtenido en un tokamak es 0,67 en el tokamak JET . [47] El mejor resultado logrado para la fusión en general es Q = 1,5, logrado en un experimento de fusión por confinamiento inercial (ICF) realizado por el National Ignition Facility a finales de 2022. [12]
Para las centrales eléctricas de fusión comerciales, el factor de ganancia de ingeniería es importante. El factor de ganancia de ingeniería se define como la relación entre la producción de energía eléctrica de una planta y la entrada de energía eléctrica de todos los sistemas internos de la planta (sistemas de calefacción externos tokamak, electroimanes, plantas criogénicas, sistemas de diagnóstico y control, etc.). [48] Las plantas de fusión comerciales se diseñarán teniendo en cuenta el punto de equilibrio de ingeniería (ver DEMO ). Algunos ingenieros nucleares consideran que se requiere un Q de 100 para que las centrales comerciales de energía de fusión sean viables. [49]
ITER no producirá electricidad. La producción de electricidad a partir de fuentes térmicas es un proceso bien conocido (utilizado en muchas centrales eléctricas) y el ITER no funcionará con una producción significativa de energía de fusión de forma continua. Añadir la producción de electricidad al ITER aumentaría el coste del proyecto y no aportaría ningún valor a los experimentos en el tokamak. Los reactores de clase DEMO que se planean seguir al ITER tienen como objetivo demostrar la producción neta de electricidad. [50]
Uno de los principales objetivos del ITER es alcanzar un estado de " plasma ardiente ". El plasma quemado es el estado del plasma en el que más del 50% de la energía recibida para calentarlo proviene de reacciones de fusión (no de fuentes externas). Ningún reactor de fusión había creado plasma en llamas hasta que el proyecto de fusión NIF competidor alcanzó el hito el 8 de agosto de 2021 mediante confinamiento inercial. [51] [52] A valores de Q más altos, las reacciones de fusión producirán partes cada vez mayores de la potencia de calentamiento del plasma. [53] Esto reduce la energía necesaria de los sistemas de calefacción externos con valores Q altos. Cuanto más grande es un tokamak, más energía producida por la reacción de fusión se conserva para el calentamiento interno del plasma (y menos calentamiento externo se requiere), lo que también mejora su valor Q. Así es como el ITER planea ampliar su reactor tokamak.
La cooperación internacional inicial para un proyecto de fusión nuclear que fue la base del ITER comenzó en 1978 [54] [55] con el Reactor Internacional Tokamak, o INTOR, que tenía cuatro socios: la Unión Soviética, la Comunidad Europea de la Energía Atómica , los Estados Unidos. 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. Gorbachev reavivó por primera vez el interés en un proyecto colaborativo de fusión en una reunión en octubre de 1985 con el presidente francés François Mitterrand , y luego la idea fue más allá. desarrollado en noviembre de 1985 en la Cumbre de Ginebra con Ronald Reagan . [56] [57] [58]
Los preparativos para la cumbre Gorbachev-Reagan demostraron que no había acuerdos tangibles en proceso para la cumbre. Sin embargo, el proyecto ITER estaba ganando impulso en los círculos políticos debido al trabajo silencioso que realizaban dos físicos, el científico estadounidense Alvin Trivelpiece , que se desempeñó como director de la Oficina de Investigación Energética en la década de 1980, y el científico ruso Evgeny Velikhov , que se convertiría en jefe del 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 fuera del presupuesto de cualquiera de las naciones clave y que la colaboración sería necesaria. útil a nivel internacional. [59]
El Dr. Michael Robert, director de Programas Internacionales de la Oficina de Energía de Fusión del Departamento de Energía de Estados Unidos, explica: 'En septiembre de 1985, dirigí un equipo científico estadounidense a Moscú como parte de nuestras actividades bilaterales de fusión. Un día, Velikhov me propuso durante el almuerzo su idea de que la URSS y los Estados Unidos trabajaran juntos para avanzar hacia un reactor de fusión. Mi respuesta fue "gran idea", pero desde mi posición, no tengo la capacidad de impulsar esa idea ante el Presidente". [60]
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 fue que los soviéticos la utilizarían para robar tecnología y experiencia estadounidenses. El segundo fue simbólico e implicó críticas estadounidenses a cómo estaba siendo tratado el físico soviético Andrei Sajarov . 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 centro de la investigación de la fusión nuclear. [61] 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 de 1975 como el exilio interno en Rusia, al que se opuso iniciando múltiples huelgas de hambre. [62] 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 se discutiera la cooperación en materia de fusión nuclear en la cumbre de Ginebra y a que se publicara una histórica declaración conjunta de Reagan y Gorbachev 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 posible de la cooperación internacional para obtener esta fuente de energía, que es esencialmente inagotable, en beneficio de toda la humanidad". [63] [64] Para la comunidad de la fusión, esta declaración fue un gran avance, y se vio reforzada cuando Reagan evocó las posibilidades de la fusión nuclear en una sesión conjunta del Congreso a finales de ese mes. [60]
Como resultado, comenzó a avanzar la colaboración en un experimento internacional de fusión. En octubre de 1986, en la Cumbre de Reykjavik , se formó el llamado 'Comité de Iniciativa Cuatripartita' (Europa a través de los países del Euratom, Japón, la URSS y Estados Unidos) para supervisar el desarrollo del proyecto. [65] Al año siguiente, en marzo de 1987, el Comité de Iniciativa Cuatripartita 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 negociaciones sobre cuestiones operativas como los fundamentos legales para el uso pacífico de la tecnología de fusión, la estructura organizativa y la dotación de personal, y la eventual ubicación del proyecto. . En esta reunión de Viena fue también donde el proyecto fue bautizado como Reactor Experimental Termonuclear Internacional, aunque rápidamente se hizo referencia a él únicamente por su abreviatura y su significado latino de 'el camino'. [60]
Las fases de diseño conceptual y de ingeniería se llevaron a cabo bajo los auspicios del OIEA. [66] Los objetivos técnicos originales se establecieron en 1992 y las actividades de diseño de ingeniería (EDA) originales se completaron en 1998. [67] En julio de 2001 se validó un diseño detallado y aceptable para completar el período ampliado de EDA, y luego el diseño validado pasó por una revisión del diseño que comenzó en noviembre de 2006 y concluyó en diciembre de 2007. [68] [69] El proceso de diseño fue difícil con argumentos sobre cuestiones como si debería haber secciones transversales circulares para confinamiento magnético o secciones transversales en forma de D. Estas cuestiones fueron en parte responsables de que Estados Unidos abandonara temporalmente el proyecto en 1998 antes de reincorporarse en 2003. [65]
Al mismo tiempo, el grupo de socios de ITER se estaba expandiendo: China y Corea del Sur se unieron al proyecto en 2003 y la India se unió formalmente en 2005. [70] [71] [72]
Hubo una acalorada competencia para albergar el proyecto ITER y los candidatos se redujeron a dos posibles sitios: 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. [65] En junio de 2005, se anunció oficialmente que el ITER se construiría en el sur de Francia, en el emplazamiento de Cadarache. [6] Las negociaciones que condujeron a la decisión terminaron en un compromiso entre la UE y Japón, en el sentido de que a Japón se le prometió el 20% del personal de investigación en la ubicación francesa del ITER, así como el jefe del órgano administrativo del ITER. Además, se acordó que el 8% del presupuesto de construcción del ITER se destinaría a instalaciones asociadas que se construirían en Japón. [73]
El 21 de noviembre de 2006, en una ceremonia organizada por el presidente francés Jacques Chirac en el Palacio del Elíseo de París, un consorcio internacional firmó un acuerdo formal para construir el reactor. [74] Los trabajos iniciales para despejar el terreno 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 estableció oficialmente el 24 de octubre de 2007. [75]
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. [76] [77] 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. [78] Más recientemente, después de colaborar con ITER en las primeras etapas del proyecto, Canadá firmó un acuerdo de cooperación en 2020 centrado en el tritio y los equipos relacionados con el tritio. [79]
El proyecto inició su fase de montaje de cinco años en julio de 2020, lanzada por el presidente francés Emmanuel Macron en presencia de otros miembros del proyecto ITER. [80]
ITER está supervisado por un órgano rector conocido como Consejo ITER que está compuesto por representantes de los siete signatarios del Acuerdo ITER. El Consejo ITER es responsable de la dirección general de la organización y decide cuestiones como el presupuesto. [81] El Consejo ITER también nombra al director general del proyecto. Hasta ahora ha habido cinco directores generales: [82]
Bernard Bigot fue designado para reformar la gestión y la gobernanza del proyecto ITER en 2015. [84] En enero de 2019, el Consejo del ITER votó por unanimidad para volver a nombrar a Bigot para un segundo mandato de cinco años. [85] Bigot murió el 14 de mayo de 2022 y su adjunto Eisuke Tada asumió el liderazgo del ITER durante el proceso de búsqueda del nuevo director. [86]
La misión declarada del ITER es demostrar la viabilidad de la energía de fusión como fuente de energía a gran escala libre de carbono. [87] Más específicamente, el proyecto tiene como objetivo:
Los objetivos del proyecto ITER no se limitan a la creación del dispositivo de fusión nuclear, sino que son mucho más amplios e incluyen la creación 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, impulsando sus industrias locales de fusión nuclear. [88] [6]
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En abril de 2022, el ITER está casi al 85% completo hacia el primer plasma. [89] El primer plasma estaba programado para finales de 2025, [90] [4] sin embargo, se reconocieron retrasos en 2023 que afectarían este objetivo. A mediados de 2024 se publicará un nuevo cronograma. [91]
El inicio del proyecto se remonta a 1978, cuando la Comisión Europea , Japón , Estados Unidos y la URSS se unieron al 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 el grado de preparación de la fusión magnética para pasar a la etapa de reactor de potencia experimental (EPR), identificar la I+D adicional que se debe llevar a cabo y definir las características de dicho 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 del tokamak y de las posibilidades de diseño para aprovechar la energía de fusión nuclear. [92] [93]
En 1985, en la cumbre de Ginebra de 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. [94]
Se inició la construcción en 2007 [95] y la construcción del complejo ITER tokamak comenzó en 2013. [96]
El montaje de la máquina se inició el 28 de julio de 2020. [97] Se espera que la construcción de la instalación finalice en 2025, cuando pueda comenzar la puesta en servicio del reactor y está previsto que los experimentos iniciales con plasma comiencen a finales de ese año. [98] Cuando ITER entre en funcionamiento, será el experimento de física de plasma de confinamiento magnético más grande en uso con un volumen de plasma de 840 metros cúbicos, [99] superando al Toro Europeo Conjunto por un factor de 8.
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 . [121]
Si bien casi todos los isótopos estables de la tabla periódica más ligeros que el hierro-56 y el níquel-62 , que tienen la mayor energía de unión por nucleón , se fusionarán con algún otro isótopo y liberarán energía, el deuterio y el tritio son, con diferencia, 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, al tiempo que producen la mayor cantidad de energía por unidad de peso. [122]
Todas las estrellas proto y de mediana edad irradian enormes cantidades de energía generada por procesos de fusión. [123] Masa por masa, el proceso de fusión 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. [124] El objetivo de una central de energía 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 acercarse 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 los fuertes 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 al confinamiento magnético. ITER utiliza equipos de refrigeración como una criobomba para enfriar los imanes hasta cerca del cero absoluto . [125] 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. [126] En ITER, el plasma se calentará a 150 millones de °C (aproximadamente diez veces la temperatura en el núcleo del Sol ) [127] mediante calentamiento óhmico (pasando 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 causa una gran perturbación electromagnética) y calentamiento por radiofrecuencia (RF) o microondas . [128]
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 y enfriando el plasma hasta el punto en que ya no se produzca energía neta. Un reactor exitoso necesitaría contener las partículas en un volumen lo suficientemente pequeño durante un tiempo suficiente para que gran parte del plasma se fusione. [129] En el ITER y en 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 , confinándola así a moverse en un círculo o hélice alrededor de las líneas de flujo magnético. [130] El 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. [131]
También se necesita un recipiente de confinamiento sólido, tanto para proteger los imanes y otros equipos de las altas temperaturas y de los fotones y partículas energéticos, como para mantener un casi vacío para que se pueble el plasma. [132] 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 sea económica. Las pruebas de dichos materiales se llevarán a cabo tanto en ITER como en IFMIF (Instalación Internacional de Irradiación de Materiales de Fusión). [133]
Una vez que la fusión ha comenzado, 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. [134] Idealmente, las partículas alfa gastarán su energía en el plasma, calentándolo aún más. [135]
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. [136] En etapas posteriores del proyecto ITER, se utilizarán módulos de manta experimentales para probar la producción de tritio como combustible a partir de guijarros cerámicos que contienen litio contenidos dentro del módulo de manta siguiendo las siguientes reacciones:
donde el neutrón reactivo es suministrado por la reacción de fusión DT. [137]
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 tiene interés científico, por lo que el calor se extraerá y se eliminará. [138]
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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 del 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 450 toneladas. Si se incluyen todos los blindajes y estructuras portuarias, el total asciende a 5.116 toneladas. Su diámetro exterior medirá 19,4 metros (64 pies), el interior 6,5 metros (21 pies). Una vez ensamblada, toda la estructura tendrá 11,3 metros (37 pies) de altura. [132] [139]
La función principal del recipiente de vacío es proporcionar un recipiente de plasma sellado herméticamente. Sus principales componentes 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 carcasas de 60 milímetros (2,4 pulgadas) de espesor para reforzar la estructura de la embarcación. Estas nervaduras también forman los canales de flujo para el agua de refrigeración. El espacio entre las paredes dobles se rellenará con estructuras protectoras de acero inoxidable. Las superficies internas del recipiente 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. [139]
El buque de vacío tiene un total de 44 aberturas conocidas 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 remota se hace necesaria debido al interior radiactivo del reactor tras una parada provocada por el bombardeo de neutrones durante el funcionamiento. [140]
El bombeo de vacío se realizará antes del inicio de las reacciones de fusión para crear el ambiente de baja densidad necesario, que es aproximadamente un millón de veces menor que la densidad del aire. [141]
ITER utilizará un combustible de deuterio-tritio, y aunque el deuterio abunda en la naturaleza, el tritio es mucho más raro porque es un isótopo de hidrógeno radiactivo con una vida media de sólo 12,3 años y sólo hay aproximadamente 3,5 kilogramos de tritio natural en la Tierra. [142] Debido a este suministro terrestre limitado de tritio , un componente clave del diseño del reactor ITER es la manta de reproducción . Este componente, situado junto al recipiente de vacío, sirve para producir tritio mediante la reacción con neutrones del plasma. Hay varias reacciones que producen tritio dentro de la manta. [143] 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). [144] [145]
Los conceptos para la manta reproductora incluyen métodos de plomo de litio enfriado por helio (HCLL), lecho de guijarros enfriado por helio (HCPB) y plomo de litio enfriado por agua (WCLL). [146] En el ITER se probarán seis sistemas diferentes de reproducción de tritio, conocidos como módulos de manta de prueba (TBM), que compartirán una geometría de caja común. [147] Los materiales para su uso como guijarros reproductores en el concepto HCPB incluyen metatitanato de litio y ortosilicato de litio . [148] Los requisitos de los materiales reproductores incluyen una buena producción y extracción de tritio, estabilidad mecánica y bajos niveles de activación radiactiva. [149]
ITER se basa en una fusión por confinamiento magnético que utiliza campos magnéticos para contener el combustible de fusión en forma de plasma. El sistema magnético utilizado en el tokamak ITER será el sistema magnético superconductor más grande jamás construido. [150] 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. [131] La bobina del solenoide central tendrá 18 metros de alto, 4,3 metros de ancho y pesará 1000 toneladas. [151] Utilizará niobio-estaño superconductor para transportar 45 kA y producir un campo máximo de más de 13 teslas . [152] [153]
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 . [154] Otros imanes ITER de campo inferior (campo poloidal y bobinas de corrección) utilizarán niobio-titanio para sus elementos superconductores. [155]
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. [128] Dentro del propio tokamak, los campos magnéticos cambiantes producen un efecto de calentamiento, pero también se requiere calentamiento externo. Habrá tres tipos de calefacción externa en ITER: [156]
El criostato ITER es una gran estructura de acero inoxidable de 3.850 toneladas que rodea el recipiente de vacío y los imanes superconductores, con el propósito de proporcionar un entorno de vacío súper fresco. [162] Su espesor (que oscila entre 50 y 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. [163] El 9 de junio de 2020, Larsen & Toubro completó la entrega e instalación del módulo criostato. [164] El criostato es el componente principal del complejo tokamak, que se asienta sobre una base sísmicamente aislada. [165] [166] [167]
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 creadas por el proceso de fusión, al mismo tiempo que protegerá las paredes circundantes y reducirá la contaminación por plasma. [168]
El desviador del ITER, que ha sido comparado con un cenicero enorme, está hecho de 54 piezas de acero inoxidable conocidas como casetes. Cada casete pesa aproximadamente ocho toneladas y mide 0,8 metros x 2,3 metros por 3,5 metros. El diseño y la construcción del desviador están siendo supervisados por la agencia Fusion For Energy. [169]
Cuando el tokamak ITER está en funcionamiento, las unidades orientadas al plasma soportan picos de calor de hasta 20 megavatios por metro cuadrado, que es más de cuatro veces mayor que el que experimenta una nave espacial que ingresa a la atmósfera de la Tierra. [170]
Las pruebas del desviador se están realizando en el Centro de pruebas de desviador ITER (IDTF) en Rusia. Esta instalación se creó en el Instituto Efremov de San Petersburgo como parte del Acuerdo de Adquisiciones ITER que extiende el diseño y la fabricación entre los países miembros del proyecto. [171]
El tokamak ITER utilizará sistemas de refrigeración interconectados para gestionar el calor generado durante el funcionamiento. La mayor parte del calor se eliminará mediante un circuito primario de refrigeración por agua, que a su vez se enfría con agua de un circuito secundario a través de un intercambiador de calor dentro del confinamiento secundario del edificio tokamak. [172] 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 Provenza y cuencas que permiten enfriar el agua de enfriamiento y analizarla para detectar contaminación química. y tritio antes de ser vertido al río Durance . Este sistema necesitará disipar una potencia promedio de450 MW durante la operación del tokamak. [173] Un sistema de nitrógeno líquido proporcionará otra1300 kW de refrigeración a 80 K (−193,2 °C; −315,7 °F) y un sistema de helio líquido proporcionarán75 kW de refrigeración 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. [174] [175]
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El proceso de selección de una ubicación para el ITER fue largo y agotador. Japón propuso un sitio en Rokkasho. [176] Se consideraron dos sitios europeos, el sitio de Cadarache en Francia y el sitio de Vandellòs en España, pero el Consejo Europeo de Competitividad nombró a Cadarache como su candidato oficial en noviembre de 2003. [177] Además, Canadá anunció una oferta para el sitio en Clarington. en mayo de 2001, pero se retiró de la carrera en 2003. [178] [179]
A partir de ese 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 celebrada en Moscú el 28 de junio de 2005, las partes participantes acordaron construir ITER en Cadarache y Japón recibió una asociación privilegiada que incluía un director general japonés para el proyecto y un paquete financiero para construir instalaciones en Japón. [180]
Fusion for Energy , la agencia de la UE encargada de la contribución europea al proyecto, tiene su sede en Barcelona , España. Fusion for Energy (F4E) es la Empresa Conjunta 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 aportar la contribución de Europa a 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 [...] [181]
En Padua ( Italia) se está construyendo el centro de pruebas de haz neutro ITER, cuyo objetivo es desarrollar y optimizar el prototipo del inyector de haz neutro . [182] Será la única instalación ITER fuera del sitio en Cadarache.
La mayoría de los edificios del ITER estarán o han estado revestidos con un patrón alterno de acero inoxidable reflectante y metal lacado gris. Esto se hizo por razones estéticas para combinar los edificios con el entorno que los rodea y para ayudar con el aislamiento térmico . [183]
Actualmente hay siete firmantes del Acuerdo ITER: China , la Unión Europea , India , Japón , Rusia , Corea del Sur y Estados Unidos . [21]
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 entre la UE y el Reino Unido , el Reino Unido inicialmente fue miembro del ITER como parte de Fusion for Energy tras la final del período de transición el 31 de diciembre de 2020. [184] [185] Sin embargo, en 2023, el Reino Unido decidió interrumpir su participación en Fusion for Energy, y en 2024 decidió no buscar la membresía en ITER independientemente de la UE, dejando El Reino Unido ya no participa en el proyecto ITER. [17] [18]
En marzo de 2009, Suiza, miembro asociado de Euratom desde 1979, ratificó también su adhesión a Fusion for Energy como tercer país miembro. [186]
En 2016, ITER anunció una asociación con Australia para "cooperación técnica en áreas de beneficio e interés mutuo", pero sin que Australia se convirtiera en miembro de pleno derecho. [77]
En 2017, ITER firmó un acuerdo de cooperación con Kazajstán . [78] [187]
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 ofrece cursos y conferencias a estudiantes y científicos en Tailandia y facilita las relaciones entre Tailandia y el proyecto ITER. . [188]
Anteriormente, Canadá era miembro de pleno derecho, pero se retiró debido a la falta de financiación del gobierno federal. La falta de financiación también provocó que Canadá retirara su oferta para el sitio ITER en 2003. Canadá se reincorporó al proyecto en 2020 a través de un acuerdo de cooperación centrado en el tritio y los equipos relacionados con el tritio. [79]
El trabajo del ITER es supervisado por el Consejo ITER, que tiene la autoridad para nombrar personal superior, modificar regulaciones, decidir sobre cuestiones presupuestarias y permitir que estados u organizaciones adicionales participen en ITER. [189] El actual Presidente del Consejo ITER es Won Namkung, [190] y el Director General en funciones del ITER es Eisuke Tada.
unión Europea.svg/1280px-Flag_of_Switzerland_(Pantone).svg.png){kind=small}
Suiza (como miembro de Euratom y Fusion for Energy ) [191]
Reino Unido (como parte de Fusion for Energy ) [184] [185]
Porcelana
India
Japón
Rusia
Corea del Sur
Estados Unidos.svg/1280px-Flag_of_Australia_(converted).svg.png){kind=small}
Australia (a través de la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO) en 2016) [192].svg/1280px-Flag_of_Canada_(Pantone).svg.png){kind=small}
Canadá (a través del Gobierno de Canadá en 2020, principalmente por motivos de tritio ) [193]
Kazajstán (a través del Centro Nuclear Nacional de la República de Kazajstán (NNC-RK) en 2017) [192]
Tailandia (a través del Instituto de Tecnología Nuclear de Tailandia (TINT) en 2018) [194]Cada miembro del proyecto ITER (la Unión Europea, China, India, Japón, Corea, Rusia y Estados Unidos) ha creado una agencia nacional para cumplir con sus contribuciones y responsabilidades de adquisiciones. Estas agencias emplean su propio personal, tienen su propio presupuesto y supervisan directamente todos los contratos industriales y la subcontratación. [195]
El Acuerdo ITER fue firmado por Euratom en representación de la UE. Fusion for Energy , a menudo denominada F4E, se creó en 2007 como la agencia nacional de la UE, con sede en Barcelona , España, y oficinas en Cadarache , Francia, Garching , Alemania y Rokkasho , Japón. [196] F4E es responsable de contribuir al diseño y fabricación de componentes como el recipiente de vacío, el desviador y los imanes. [197]
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 correctora, los soportes magnéticos, la primera pared y la manta protectora. [198] China también está realizando experimentos en su tokamak HL-2M en Chengdu [199] y HT-7U ( EAST ) en Hefei [200] para ayudar a respaldar la investigación del ITER.
ITER-India es un proyecto especial dirigido por el Instituto de Investigación del Plasma de la India . [201] El centro de investigación del ITER-India tiene su sede en Ahmedabad, en el estado de Gujarat . Los entregables de la India al proyecto ITER incluyen el criostato, el blindaje en el recipiente, los sistemas de refrigeración y agua de refrigeración. [202]
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. [203] Japón colabora con la Organización ITER y los miembros de ITER para ayudar a diseñar y producir componentes para el tokamak, incluido el sistema de manipulación remota de la manta, las bobinas de solenoide central, los sistemas de diagnóstico de plasma y los sistemas de calentamiento por inyección de haz neutro. [204]
ITER Corea 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 elementos de adquisición, ITER Corea es responsable de cuatro sectores del recipiente de vacío, el bloque de protección general, los escudos térmicos y el sistema de almacenamiento y entrega de tritio. [205]
Rusia ocupa una de las posiciones clave en la implementación del proyecto internacional ITER. [206] La contribución de la Federación de Rusia al proyecto ITER consiste en la fabricación y el 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. [207] La Federación de Rusia tiene múltiples obligaciones con respecto al proyecto ITER, incluido el suministro de 22 kilómetros de conductores basados en 90 toneladas de hebras superconductoras de Nb 3 Sn para bobinas de campo toroidal y 11 km de conductores basados en 40 toneladas de superconductor. Nb hilos de Ti para devanados de bobinas de campo poloidal del sistema magnético ITER, [208] enviados a finales de 2022. [209] Rusia es responsable de la fabricación de 179 de los más intensivos en energía (hasta 5 MW/m2). m) paneles del Primer Muro. Los paneles están cubiertos con placas de berilio soldadas a bronce Cu Cr Zr , que está conectado 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 encuentran frente al plasma. [210] Hoy en día, Rusia, gracias a su participación en el proyecto, tiene la documentación de diseño completa para el reactor ITER.
US ITER forma parte del Departamento de Energía de EE. UU. y está gestionado por el Laboratorio Nacional Oak Ridge en Tennessee. [211] El ITER estadounidense es responsable tanto del diseño como de la fabricación de componentes para el proyecto ITER, y la participación estadounidense incluye contribuciones al sistema de refrigeración tokamak, los sistemas de diagnóstico, las líneas de transmisión de calentamiento del ciclotrón de iones y electrones, el imán toroidal y el solenoide central. y los sistemas de inyección de pellet. [212] En 2022, la comunidad de investigación de fusión de EE. UU. publicó su plan para un programa de investigación ITER de EE. UU. que cubra áreas de investigación clave como las interacciones plasma-material, el diagnóstico de plasma y la ciencia y tecnología de fusión nuclear. El plan prevé una estrecha colaboración entre EE. UU. y otros socios del ITER para garantizar el funcionamiento exitoso del ITER. [213]
En 2006, se firmó el Acuerdo ITER sobre la base de un coste estimado de 5.900 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 mil millones de euros. [214] A partir de 2016, se espera que el precio total de construcción y funcionamiento del experimento supere los 22 000 millones de euros, [24] un aumento de 4 600 millones de euros con respecto a su estimación de 2010, [215] y de 9 600 millones de euros con respecto a la estimación de 2009. [216]
En la conferencia de junio de 2005 en Moscú, los miembros participantes de la cooperación ITER acordaron la siguiente división de las contribuciones financieras para la fase de construcción: el 45,4% por el miembro anfitrión, la Unión Europea, y el resto dividido entre los miembros no anfitriones a una tasa tasa del 9,1% cada uno para China, India, Japón, Corea del Sur, la Federación de Rusia y Estados Unidos. [217] [218] [219] Durante las fases de operación y desactivación, Euratom contribuirá con el 34% de los costos totales, [220] Japón y Estados Unidos el 13 por ciento, y China, India, Corea y Rusia el 10 por ciento. [221]
El noventa por ciento de las contribuciones se entregarán "en especie" utilizando la propia moneda del ITER, las Unidades de Cuenta del ITER (IUA). [31] Aunque la contribución financiera de Japón como miembro no anfitrión es una undécima parte del total, la UE acordó concederle un estatus especial para que Japón proporcione dos undécimas partes del personal de investigación de Cadarache y reciba dos- onceavos de los contratos de construcción, mientras que las contribuciones de personal y componentes de construcción de la Unión Europea se reducirán de cinco undécimos a cuatro undécimos.
La contribución estadounidense al ITER ha sido objeto de debate. El Departamento de Energía de Estados Unidos ha estimado que los costos totales de construcción hasta 2025, incluidas las contribuciones en especie, serán de 65 mil millones de dólares, aunque el ITER cuestiona este cálculo. [27] Después de haber reducido la financiación al ITER en 2017, Estados Unidos terminó duplicando su presupuesto inicial a 122 millones de dólares en contribuciones en especie en 2018. [222] Se estima que la contribución total al ITER para el año 2020 fue de 247 millones de dólares. una cantidad que forma parte del programa de Ciencias de la Energía de Fusión del Departamento de Energía de Estados Unidos. [223] En el marco de un plan estratégico para guiar los esfuerzos estadounidenses en materia de energía de fusión que se aprobó 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. [224]
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 costos de construcción del ITER en 2012-2013. El cierre del presupuesto de 2010 obligó a revisar este plan de financiación, y la Comisión Europea (CE) se vio obligada a presentar una propuesta de resolución presupuestaria del ITER en 2011. [225] Al final, la contribución europea al ITER para el año 2014 El período 2020 se fijó en 2.900 millones de euros. [226] Más recientemente, en febrero de 2021, el Consejo Europeo aprobó una financiación del ITER de 5.610 millones de euros para el período de 2021 a 2027. [227]
La construcción del tokamak ITER ha sido comparada 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. [228] Este sistema de ensamblaje es el resultado del Acuerdo ITER que estipula que las contribuciones de los miembros debían ser en su mayoría “en especie” y los países fabricaban componentes en lugar de proporcionar dinero. Este sistema fue ideado para proporcionar estímulo económico y experiencia en fusión en los países que financian el proyecto y el marco general exigía que el 90% de las contribuciones de los miembros fueran en materiales o componentes y el 10% en dinero. [229]
Como resultado, se han firmado más de 2.800 contratos de diseño o fabricación desde el lanzamiento del proyecto. [230] 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 mil millones de euros en contratos a contratistas principales solo en Europa. desde 2007. [231] [232]
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). [233] 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 participaban ENGIE (Francia) y Exyte (Alemania). [234] Un contrato de montaje de tokamak por valor de 200 millones de euros también fue para un consorcio europeo, Dynamic, que incluye las empresas Ansaldo Energia (Italia), ENGIE (Francia) y SIMIC (Italia). [235] El conglomerado industrial francés Daher recibió más de 100 millones de euros en contratos logísticos para ITER, que incluyen el envío de componentes pesados de los diferentes fabricantes de todo el mundo. [236] [237]
En Estados Unidos, el ITER estadounidense ha adjudicado 1.300 millones de dólares en contratos a empresas estadounidenses desde el comienzo del proyecto y se estima que aún quedan 800 millones de dólares en contratos futuros por llegar. [238] Los principales contratos estadounidenses incluyen la selección de General Atomics para diseñar y fabricar el crucial imán del solenoide central. [239]
En 2019, el consorcio chino liderado por China Nuclear Power Engineering Corporation firmó un contrato para el montaje de máquinas en el ITER, que fue el mayor contrato de energía nuclear jamás firmado por una empresa china en Europa. [240]
Rusia suministra sistemas magnéticos y de inyección de vacío para ITER y la construcción se lleva a cabo en el astillero Sredne-Nevsky de San Petersburgo. [241]
En India, el contrato para la construcción del criostato, una de las piezas fundamentales del tokamak, fue adjudicado a Larsen & Toubro , que también tienen contratos ITER para sistemas de refrigeración por agua. [242] InoxCVA, una empresa del Grupo Inox , suministrará criolina para el Proyecto ITER. [243] [244]
Dos de los líderes industriales de Japón, Toshiba Energy Systems & Solutions y Mitsubishi Heavy Industries , tienen contratos para fabricar bobinas de campo toroidales para ITER. [241] La construcción de otra parte clave del tokamak, el recipiente de vacío, fue adjudicada a Hyundai Heavy Industries y se está construyendo en Corea. [245]
Se reconocieron retrasos en 2023, lo que afectaría el objetivo de crear plasma para 2025, sin embargo, se esperaba que se pudiera mantener el objetivo de fusión total para 2035. A finales de 2023 se publicará un nuevo calendario. [246]
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 en 2005 se anunció que Francia sería el lugar del proyecto ITER, varios ambientalistas europeos manifestaron su oposición al proyecto. Por ejemplo, el político francés Noël Mamère argumentó que la lucha contra el calentamiento global quedaría desatendida a causa del ITER: "No son buenas noticias para la lucha contra el efecto invernadero porque vamos a destinar diez mil millones de euros a un proyecto que tiene una duración de 30 a 50 años cuando ni siquiera estamos seguros de que será efectivo". [247] Sin embargo, otra asociación medioambiental francesa, la Association des Ecologistes Pour le Nucléaire (AEPN), acogió con agrado el proyecto ITER como una parte importante de la respuesta al cambio climático [6] .
Dentro del sector de la fusión más amplio, varios investigadores que trabajan en sistemas distintos del tokamak, como el científico independiente de fusión Eric Lerner , han argumentado que otros proyectos de fusión representarían una fracción del costo del ITER y podrían ser una opción potencialmente más viable y/o más camino rentable hacia la energía de fusión. [248] 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 planes de fusión de tokamak. [249]
En términos del diseño del tokamak, surgió una preocupación a partir de la interpolación de la base de datos de parámetros del tokamak de 2013 que reveló que la carga de energía en un desviador de tokamak sería cinco veces el valor esperado anteriormente. Dado que la carga de energía proyectada en el desviador del ITER ya será muy alta, estos nuevos hallazgos dieron lugar a nuevas iniciativas de prueba de diseño. [250]
Otra cuestión que plantearon los críticos con respecto al ITER y futuros proyectos de fusión de deuterio-tritio (DT) es el suministro disponible de tritio. Tal como están las cosas, ITER utilizará todos los suministros existentes de tritio para su experimento y la tecnología de punta actual no es suficiente para generar suficiente tritio para satisfacer las necesidades de futuros experimentos del ciclo de combustible DT para energía de fusión. Según la conclusión de un estudio de 2020 que analizó la cuestión del tritio, “el desarrollo exitoso del ciclo del combustible DT para DEMO y futuros reactores de fusión requiere un programa intensivo de I+D en áreas clave de la física del plasma y las tecnologías de fusión”. [251]
Sus defensores creen que gran parte de las críticas al ITER son engañosas e inexactas, en particular las acusaciones sobre el "peligro inherente" del experimento. Los objetivos declarados para el diseño de una central eléctrica de fusión comercial son que la cantidad de residuos radiactivos producidos sea cientos de veces menor que la de un reactor de fisión, que no produzca residuos radiactivos de larga vida y que sea imposible que cualquier dicho reactor sufra una reacción en cadena descontrolada a gran escala . [252] Un contacto directo del plasma con las paredes internas del ITER lo contaminaría, provocando 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 deuterio/tritio [253] ) sólo es suficiente para mantener el pulso de combustión de fusión desde minutos hasta una hora como máximo, mientras que un reactor de fisión normalmente contiene combustible para varios años. [254] Además, se implementarán algunos sistemas de detritiación, de modo que, con 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 de órdenes de magnitud superiores a las de cualquier sistema anterior. instalación de tritio en todo el mundo. [255]
En caso de accidente (o sabotaje), se espera que un reactor de fusión libere mucha menos contaminación radiactiva que una estación nuclear de fisión ordinaria. Además, el tipo de energía de fusión del ITER tiene poco en común con la tecnología de armas nucleares y no produce los materiales fisibles necesarios para la construcción de un arma. Sus defensores señalan que la energía de fusión a gran escala podría producir electricidad confiable según la demanda y con contaminación prácticamente nula (no se producen subproductos gaseosos de CO 2 , SO 2 o NO x ). [256]
Según 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 década de 2050. Japón está llevando a cabo su propio programa de investigación con varias instalaciones operativas que están explorando varias vías de fusión. [257]
Sólo en Estados Unidos, la electricidad representa 210 mil millones de dólares en ventas anuales. [258] El sector eléctrico de Asia atrajo 93.000 millones de dólares EE.UU. en inversiones privadas entre 1990 y 1999. [259] Estas cifras sólo tienen en cuenta los precios actuales. Los defensores del ITER sostienen que una inversión en investigación ahora debería verse como un intento de obtener un rendimiento futuro mucho mayor y un estudio de 2017-2018 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 retorno positivo de la inversión.' [260] Además, una inversión mundial de menos de 1.000 millones de dólares EE.UU. al año en ITER no es incompatible con la investigación simultánea sobre otros métodos de generación de energía, que en 2007 ascendieron a 16.900 millones de dólares EE.UU. [261]
Los partidarios del ITER enfatizan que la única manera de probar ideas para resistir el intenso flujo de neutrones es someter materiales experimentalmente a ese flujo, que es una de las misiones principales del ITER y el IFMIF, [253] y ambas instalaciones serán de vital importancia para ese esfuerzo. [262] El objetivo del ITER es explorar las cuestiones científicas y de ingeniería que rodean a las posibles centrales eléctricas de fusión. Es casi imposible adquirir datos satisfactorios sobre las propiedades de los materiales que se espera que 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. [263] Los partidarios sostienen que la respuesta a estas preguntas requiere el experimento ITER, especialmente a la luz de los monumentales beneficios potenciales. [264]
Además, la principal línea de investigación mediante tokamaks se ha desarrollado hasta el punto de que ahora es posible emprender el penúltimo paso en la investigación de la física del plasma por confinamiento magnético con una reacción autosostenida. En el programa de investigación del tokamak, los avances recientes dedicados al control de la configuración del plasma han llevado a lograr un confinamiento de energía y presión sustancialmente mejorado, lo que reduce el costo proyectado de la electricidad de dichos reactores en un factor de dos a un valor de sólo alrededor del 50 % más que el costo proyectado de la electricidad proveniente de reactores avanzados de agua ligera . [265] 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 sobre conceptos de confinamiento alternativos está generando la promesa de futuras mejoras en el confinamiento. [266] Finalmente, los partidarios sostienen que otros posibles sustitutos de los combustibles fósiles tienen sus propios problemas ambientales. La energía solar , eólica e hidroeléctrica tienen una densidad de energía superficial muy baja en comparación con el sucesor del ITER, DEMO, que, con 2.000 MW, tendría una densidad de energía que excedería incluso a las grandes centrales de energía de fisión. [267]
La seguridad del proyecto está regulada según las normas de energía nuclear francesas y de la UE. En 2011, la Autoridad Francesa de Seguridad Nuclear (ASN) emitió un dictamen favorable y luego, basándose en la Ley francesa sobre Transparencia y Seguridad Nuclear, la solicitud de licencia fue sujeta a 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 radioactividad liberada no excederá 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 situado a casi 300 m sobre el nivel del mar. En general, en el diseño de seguridad del complejo se partieron de eventos extremadamente raros, como inundaciones del cercano río Durance cada 100 años y terremotos de 10.000 años, y las correspondientes salvaguardias forman parte del diseño. [6]
Entre 2008 y 2017, el proyecto ha generado 34.000 años de empleo solo en la economía de la UE. Se estima que en el período 2018-2030 generará otros 74.000 años de empleo y 15.900 millones de euros en valor bruto. [6]
Los precursores de ITER fueron JET , [268] Tore Supra , [269] MAST , [270] SST-1 , EAST y KSTAR . Otros reactores de fusión planificados y propuestos incluyen NIF , [271] W7X , T-15MD , STEP , SPARC , SST-2 , [272] CFETR , [273] [274] [275] [276] DEMO , [277] K- DEMO y otras centrales eléctricas de fusión nacionales o del sector privado en 'fase DEMO'. [278] [279]
Iter (originalmente, "Reactor Experimental Termonuclear Internacional", pero ahora rebautizado como latín, que significa "viaje", "camino" o "método") será un reactor de fusión gigante de un tipo llamado tokamak.
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{{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda )Contendrá los imanes superconductores más grandes del mundo, necesarios para generar un campo magnético lo suficientemente potente como para contener un plasma que alcanzará temperaturas de 150 millones de grados Celsius, unas 10 veces más calientes que el centro del sol.
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: copia archivada como título ( enlace )Claessens, Michel. (2020). ITER: El reactor de fusión gigante: traer un sol a la Tierra . Saltador.
Cléry, Daniel. (2013). Un Trozo 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 del ITER . Científico mundial.
43°42′30″N 5°46′39″E / 43.70831°N 5.77741°E / 43.70831; 5.77741