ITER (inicialmente Reactor Termonuclear Experimental Internacional , iter significa "el camino" o "la senda" en latín [2] [3] [4] ) es un megaproyecto internacional de investigación e ingeniería de fusión nuclear destinado a crear energía a través de un proceso de fusión similar al del Sol . Se está construyendo junto a las instalaciones de Cadarache en el sur de Francia. [5] [6] Una vez completada la construcción del reactor principal y el primer plasma, planificada para 2033-2034, [7] [8] ITER será el más grande de los más de 100 reactores de fusión construidos desde la década de 1950, con seis veces el volumen de plasma del JT-60SA en Japón, el tokamak más grande que opera en la actualidad. [9] [10] [11]
El objetivo a largo plazo de la investigación sobre 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. [12] [9] Los objetivos del ITER son lograr suficiente fusión para producir 10 veces más potencia térmica de salida 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, incluyendo criogenia, calefacción, sistemas de control y diagnóstico, y mantenimiento remoto; lograr y aprender de un plasma en combustión ; probar la reproducción de tritio ; y demostrar la seguridad de una planta de fusión. [10] [6]
El reactor de fusión termonuclear del ITER utilizará más de 300 MW de potencia eléctrica para hacer que el plasma absorba 50 MW de potencia térmica, creando 500 MW de calor a partir de la fusión durante periodos de 400 a 600 segundos. [13] Esto significaría una ganancia de diez veces en la potencia de calentamiento del plasma ( Q ), medida por la entrada de calor a la salida térmica, o Q ≥ 10. [14] A partir de 2022 [actualizar], el récord de producción de energía mediante fusión nuclear lo ostenta el reactor de la Instalación Nacional de Ignición , que alcanzó un Q de 1,5 en diciembre de 2022. [15] Más allá de calentar el plasma, la electricidad total consumida por el reactor y las instalaciones oscilará entre 110 MW y 620 MW de pico durante periodos de 30 segundos durante el funcionamiento del plasma. [16] Como reactor de investigación, la energía térmica generada no se convertirá en electricidad, sino que simplemente se ventilará . [6] [17] [18]
El ITER está financiado y gestionado por siete miembros: China , la Unión Europea , India , Japón , Rusia , Corea del Sur y Estados Unidos . Inmediatamente después del Brexit, el Reino Unido siguió participando en el ITER a través del programa Fusion for Energy (F4E) de la UE ; [19] sin embargo, en septiembre de 2023, el Reino Unido decidió interrumpir su participación en el ITER a través del programa F4E, [20] y en marzo de 2024 había rechazado una invitación para unirse directamente al ITER, decidiendo en cambio seguir su propio programa de investigación de fusión independiente. [21] Suiza participó a través de Euratom y F4E, pero 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 ; [22] a partir de 2024 , Suiza se considera no participante en espera de la resolución de su disputa con la UE. [23] El proyecto también tiene acuerdos de cooperación con Australia, Canadá, Kazajstán y Tailandia. [24] [actualizar]
La construcción del complejo ITER en Francia comenzó en 2013, [25] y el ensamblaje del tokamak comenzó en 2020. [26] El presupuesto inicial fue cercano a los 6 mil millones de euros, pero se proyecta que el precio total de construcción y operaciones sea de entre 18 y 22 mil millones de euros; [27] [28] otras estimaciones sitúan el costo total entre $ 45 mil millones y $ 65 mil millones, aunque estas cifras son cuestionadas por ITER. [29] [30] Independientemente del costo final, ITER ya ha sido descrito como el experimento científico más caro de todos los tiempos, [31] el proyecto de ingeniería más complicado en la historia de la humanidad, [32] y una de las colaboraciones humanas más ambiciosas desde el desarrollo de la Estación Espacial Internacional (presupuesto de € 100 mil millones o $ 150 mil millones) y el Gran Colisionador de Hadrones (presupuesto de € 7,5 mil millones). [nota 1] [33] [34]
Se espera que el sucesor planificado de ITER, el reactor DEMO dirigido por EUROfusion , sea uno de los primeros reactores de fusión en producir electricidad en un entorno experimental. [35]
La fusión nuclear pretende reproducir el proceso que se produce en las estrellas, donde el intenso calor del núcleo fusiona los núcleos y produce grandes cantidades de energía en forma de calor y luz. El aprovechamiento de la energía de fusión en condiciones terrestres proporcionaría energía suficiente para satisfacer la creciente demanda, y para hacerlo de una manera sostenible que tenga 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. [36]
La fusión nuclear utiliza un método diferente al de la energía nuclear tradicional. Las centrales nucleares actuales se basan en la fisión nuclear, en la que el núcleo de un átomo se divide para liberar energía. La fusión nuclear toma múltiples núcleos y utiliza calor intenso para fusionarlos, un proceso que también libera energía. [37]
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, ITER utilizará una mezcla de deuterio-tritio para su fusión debido al alto potencial energético de la combinación [38] y porque esta reacción de fusión es la más fácil de ejecutar. El primer isótopo, el deuterio , puede extraerse del agua de mar , de la que es un recurso casi inagotable. [39] El segundo isótopo, el tritio , solo se encuentra en cantidades traza en la naturaleza y el suministro mundial estimado (producido principalmente por los reactores de fisión CANDU de agua pesada ) es de solo 20 kilogramos por año, insuficiente para las centrales eléctricas. [40] ITER estará probando la tecnología de manta de cría de tritio que permitiría a un futuro reactor de fusión crear su propio tritio y, por lo tanto, ser autosuficiente. [41] [42] Además, un reactor de fusión prácticamente no produciría emisiones de CO2 ni contaminantes atmosféricos, no habría posibilidad de fusión y sus desechos radiactivos tendrían en su mayoría una vida muy corta en comparación con los producidos por los reactores nucleares convencionales (reactores de fisión). [43]
El 21 de noviembre de 2006, los siete socios del proyecto acordaron formalmente financiar la creación de un reactor de fusión nuclear. [37] Se prevé que el programa dure 30 años: 10 años de construcción y 20 años de funcionamiento. En un principio se esperaba que el ITER costara aproximadamente 5.000 millones de euros. [44] Sin embargo, los retrasos, el aumento del precio de las materias primas y los cambios en el diseño inicial han hecho que el presupuesto oficial se eleve a entre 18.000 y 20.000 millones de euros. [45] [46]
Se esperaba que el reactor tardara 10 años en construirse, y el ITER había planeado probar su primer plasma en 2020 y lograr la fusión completa en 2023. En 2024, el ITER publicó un nuevo cronograma con operaciones de plasma deuterio-deuterio comenzando en 2035. [7] La preparación del sitio ha comenzado cerca del centro de Cadarache , Francia, y el presidente francés Emmanuel Macron lanzó la fase de ensamblaje del proyecto en una ceremonia en 2020. [47] Según el cronograma revisado, el trabajo para lograr la primera descarga de plasma de hidrógeno se completó en un 70% a mediados de 2020 y se consideró que estaba encaminado. [48]
Uno de los objetivos del ITER es un valor Q ("ganancia de fusión") de 10. Q = 1 se denomina "punto de equilibrio". El mejor resultado obtenido en un tokamak es 0,67 en el tokamak JET . [49] El mejor resultado obtenido para la fusión en general es Q = 1,5, logrado en un experimento de fusión por confinamiento inercial (ICF) realizado por la Instalación Nacional de Ignición a finales de 2022. [15]
En el caso de las centrales de fusión comerciales, el factor de ganancia de ingeniería es importante. El factor de ganancia de ingeniería se define como la relación entre la potencia eléctrica de salida de una planta y la potencia eléctrica de entrada de todos los sistemas internos de la planta (sistemas de calentamiento externo de tokamak, electroimanes, planta criogénica, sistemas de diagnóstico y control, etc.). [50] Las plantas de fusión comerciales se diseñarán teniendo en cuenta el punto de equilibrio de ingeniería (véase DEMO ). Algunos ingenieros nucleares consideran que se requiere un Q de 100 para que las centrales de fusión comerciales sean viables. [51]
El ITER no producirá electricidad. La producción de electricidad a partir de fuentes térmicas es un proceso bien conocido (se utiliza en muchas centrales eléctricas) y el ITER no funcionará con una producción significativa de energía de fusión de forma continua. Añadir producción de electricidad al ITER aumentaría el coste del proyecto y no aportaría ningún valor a los experimentos con el tokamak. Los reactores de clase DEMO que se prevé que sigan al ITER tienen por objeto demostrar la producción neta de electricidad. [52]
Uno de los principales objetivos del ITER es alcanzar un estado de " plasma ardiente ". El plasma ardiente es el estado del plasma en el que más del 50% de la energía recibida para calentar el plasma proviene de reacciones de fusión (no de fuentes externas). Ningún reactor de fusión había creado un plasma ardiente hasta que el proyecto de fusión NIF alcanzó el hito el 8 de agosto de 2021 utilizando confinamiento inercial. [53] [54] A valores Q más altos, partes progresivamente mayores de la energía de calentamiento del plasma se producirán mediante reacciones de fusión. [55] Esto reduce la energía necesaria de los sistemas de calentamiento externos a 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 ITER planea escalar su reactor tokamak.
La cooperación internacional inicial para un proyecto de fusión nuclear que fue la base del ITER comenzó en 1978 [56] [57] con el Reactor Tokamak Internacional, o INTOR, que tenía cuatro socios: la Unión Soviética, la Comunidad Europea de Energía Atómica , Estados Unidos y Japón. Sin embargo, el proyecto INTOR se estancó hasta que Mijail Gorbachov se convirtió en secretario general del Partido Comunista de la Unión Soviética en marzo de 1985. Gorbachov reavivó por primera vez el interés en un proyecto de fusión colaborativo en una reunión de octubre de 1985 con el presidente francés François Mitterrand , y luego la idea se desarrolló aún más en noviembre de 1985 en la Cumbre de Ginebra con Ronald Reagan . [58] [59] [60]
Los preparativos para la cumbre Gorbachov-Reagan mostraron que no había acuerdos tangibles en marcha para la cumbre. Sin embargo, el proyecto ITER estaba ganando impulso en los círculos políticos debido al trabajo silencioso que estaban realizando 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 director del Instituto Kurchatov para la investigación nuclear. Los dos científicos apoyaron un proyecto para construir un reactor de fusión de demostración. En ese momento, la investigación sobre 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 sobre fusión estaría fuera del presupuesto de cualquiera de las naciones clave y que la colaboración sería útil a nivel internacional. [61]
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, encabecé un equipo científico estadounidense que viajó a Moscú como parte de nuestras actividades bilaterales de fusión. Un día, durante un almuerzo, Velikhov me propuso su idea de que la URSS y los Estados Unidos trabajaran juntos para desarrollar un reactor de fusión. Mi respuesta fue: “Gran idea”, pero desde mi posición no tengo capacidad para impulsar esa idea hasta el presidente”. [62]
Este impulso a la cooperación en la fusión nuclear se cita como un momento clave de la diplomacia científica , pero, no obstante, estalló una importante lucha burocrática en el gobierno de los EE. UU. sobre el proyecto. Un argumento en contra de la colaboración fue que los soviéticos la usarían para robar tecnología y experiencia estadounidenses. Un segundo fue simbólico e involucró la crítica estadounidense a cómo se estaba tratando al físico soviético Andrei Sakharov . Sakharov 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. [63] Sin embargo, Sakharov 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, a la que se opuso haciendo múltiples huelgas de hambre. [64] El Consejo de Seguridad Nacional de los 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 declaración conjunta histórica de Reagan y Gorbachov que enfatizaba "la importancia potencial del trabajo encaminado a utilizar la fusión termonuclear controlada con fines pacíficos y, en este sentido, abogaba por el desarrollo más amplio posible de la cooperación internacional para obtener esta fuente de energía, que es esencialmente inagotable, en beneficio de toda la humanidad". [65] [66] 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 más tarde ese mes. [62]
Como resultado, la colaboración en un experimento internacional de fusión 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 los EE. UU.) para supervisar el desarrollo del proyecto. [67] El 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 las negociaciones para cuestiones operativas como las bases legales para el uso pacífico de la tecnología de fusión, la estructura organizativa y la dotación de personal, y la eventual ubicación del proyecto. Esta reunión en Viena fue también donde el proyecto fue bautizado como Reactor Termonuclear Experimental Internacional, aunque rápidamente fue llamado solo por su abreviatura y su significado en latín de "el camino". [62]
Las fases de diseño conceptual y de ingeniería se llevaron a cabo bajo los auspicios del OIEA. [68] Los objetivos técnicos originales se establecieron en 1992 y las actividades de diseño de ingeniería (EDA) originales se completaron en 1998. [69] Un diseño detallado aceptable se validó 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. [70] [71] El proceso de diseño fue difícil con discusiones sobre cuestiones como si debería haber secciones transversales circulares para el 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. [67]
Al mismo tiempo, el grupo de socios del ITER se estaba expandiendo; China y Corea del Sur se unieron al proyecto en 2003 y la India se unió formalmente en 2005. [72] [73] [74]
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 apoyaron la elección de Rokkasho en Japón. [67] En junio de 2005, se anunció oficialmente que el ITER se construiría en el sur de Francia en el sitio de Cadarache. [6] 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 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. [75]
El 21 de noviembre de 2006, en una ceremonia ofrecida por el presidente francés Jacques Chirac en el Palacio del Elíseo en París, un consorcio internacional firmó un acuerdo formal para construir el reactor. [76] Los trabajos iniciales para limpiar el sitio 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. [77]
En 2016, Australia se convirtió en el primer socio no miembro del proyecto. El 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 investigación del ITER a cambio de la construcción de partes seleccionadas de la máquina ITER. [78] [79] 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. [80] Más recientemente, después de colaborar con el 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. [81]
El proyecto inició su fase de montaje en julio de 2020, lanzado por el presidente francés Emmanuel Macron en presencia de otros miembros del proyecto ITER. [82]
El ITER está supervisado por un órgano rector 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. [83] El Consejo del ITER también designa al director general del proyecto. Hasta ahora ha habido cinco directores generales: [84]
Bernard Bigot fue designado para reformar la gestión y gobernanza del proyecto ITER en 2015. [86] En enero de 2019, el Consejo del ITER votó por unanimidad para volver a nombrar a Bigot para un segundo mandato de cinco años. [87] 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. [88]
La misión declarada del ITER es demostrar la viabilidad de la energía de fusión como fuente de energía a gran escala y libre de carbono. [89] Más específicamente, el proyecto tiene como objetivos:
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 capacidades técnicas, organizativas y logísticas, habilidades, herramientas, cadenas de suministro y cultura necesarias para la gestión de dichos megaproyectos entre los países participantes, impulsando sus industrias locales de fusión nuclear. [90] [6]
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En abril de 2022 , [actualizar]el ITER está cerca del 85 % de avance en la construcción del primer plasma. [91] El primer plasma estaba programado para fines de 2025, [92] [93] sin embargo, se reconocieron demoras en 2023 que afectarían este objetivo. En julio de 2024, el ITER anunció un nuevo cronograma que incluía la corriente de plasma completa en 2034, el inicio de las operaciones con un plasma de deuterio-deuterio en 2035 y las operaciones de deuterio-tritio en 2039. [7]
El inicio del proyecto se remonta a 1978, cuando la Comisión Europea , Japón , Estados Unidos y la URSS se unieron para el Taller Internacional sobre Reactores Tokamak (INTOR). Esta iniciativa se llevó a cabo bajo los auspicios del Organismo 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 debe llevarse 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 en cada país participante participaron en una evaluación detallada del sistema de confinamiento del tokamak y las posibilidades de diseño para aprovechar la energía de fusión nuclear. [94] [95]
En 1985, en la cumbre de Ginebra de 1985 , Mijail Gorbachov sugirió a Ronald Reagan que los dos países emprendieran conjuntamente la construcción de un tokamak EPR, tal como se había propuesto en el taller INTOR. El proyecto ITER se inició en 1988. [96]
Las obras comenzaron en 2007 [97] y la construcción del complejo tokamak del ITER comenzó en 2013. [98]
El ensamblaje de la máquina se lanzó el 28 de julio de 2020. [99] Se esperaba que la construcción de la instalación se completara en 2025, cuando pueda comenzar la puesta en servicio del reactor, y los experimentos iniciales de plasma estaban programados para comenzar a fines de ese año. [100] 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, [101] superando al Joint European Torus por un factor de 8.
El 3 de julio de 2024, el director general del ITER, Pietro Barabaschi, anunció que la primera producción de plasma en el proyecto no se realizará hasta, al menos, 2033. La energía de los imanes no se producirá antes de 2036, en lugar de 2033, como se había planeado previamente en 2016. Además, dijo que el costo de reparar algunas piezas defectuosas se estimó en 5 mil millones de euros. [102] [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 . [123]
Si bien casi todos los isótopos estables más ligeros en la tabla periódica que el hierro-56 y el níquel-62 , que tienen la mayor energía de enlace por nucleón , se fusionarán con algún otro isótopo y liberarán energía, el deuterio y el tritio son, por lejos, los más atractivos para la generación de energía, ya que requieren la energía de activación más baja (y, por lo tanto, la temperatura más baja) para hacerlo, al tiempo que producen una de las mayores cantidades de energía por unidad de peso. [124]
Todas las estrellas proto y de mediana edad irradian enormes cantidades de energía generada por procesos de fusión. [125] La fusión deuterio-tritio libera, por masa, aproximadamente tres veces más energía que la fisión de uranio-235, y millones de veces más energía que una reacción química como la quema de carbón. [126] 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 la fusión son generalmente altas porque los protones en cada núcleo se repelen 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 (10 −13 metros) entre sí, donde es cada vez más probable que los núcleos experimenten un efecto túnel cuántico más allá de la barrera electrostática y el punto de inflexión donde la fuerza nuclear fuerte 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 casi el cero absoluto . [127] 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 ocurren a temperaturas superiores a 10 8 kelvin. [128] En el ITER, el plasma se calentará a 150 millones de kelvin (aproximadamente diez veces la temperatura en el núcleo del Sol ) [129] mediante calentamiento óhmico (haciendo pasar una corriente a través del plasma). Se aplica un calentamiento adicional mediante inyección de haz neutro (que cruza las líneas del campo magnético sin una desviación neta y no causará una gran perturbación electromagnética) y calentamiento por radiofrecuencia (RF) o microondas . [130]
A temperaturas tan altas, las partículas tienen una gran energía cinética y, por lo tanto, velocidad. Si no están confinadas, las partículas escaparán rápidamente, llevándose la energía con ellas, 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 un tiempo lo suficientemente largo para que gran parte del plasma se fusione. [131] En ITER y muchos otros reactores de confinamiento magnético , el plasma, un gas de partículas cargadas, se confina utilizando 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 para que se mueva en un círculo o hélice alrededor de las líneas de flujo magnético. [132] ITER utilizará cuatro tipos de imanes para contener el plasma: un imán solenoide central, imanes poloidales alrededor de los bordes del tokamak, 18 bobinas de campo toroidal en forma de D y bobinas de corrección. [133]
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 energéticas, como para mantener un vacío cercano para que el plasma pueda poblar el recipiente. [134] El recipiente de contención está sujeto a un bombardeo de partículas muy energéticas, donde los electrones, iones, fotones, partículas alfa y neutrones lo bombardean constantemente y degradan la estructura. El material debe estar diseñado para soportar este entorno para que una central eléctrica sea económica. Se realizarán pruebas de dichos materiales tanto en el ITER como en el IFMIF (Instalación Internacional de Irradiación de Materiales de Fusión). [135]
Una vez que la fusión ha comenzado, los neutrones de alta energía irradiarán desde las regiones reactivas del plasma, cruzando las líneas del campo magnético fácilmente debido a la neutralidad de carga (ver flujo de neutrones ). Dado que son los neutrones los que reciben la mayor parte de la energía, serán la fuente principal de producción de energía del ITER. [136] Idealmente, las partículas alfa gastarán su energía en el plasma, calentándolo aún más. [137]
La pared interior del recipiente de contención tendrá 440 módulos de manta que están diseñados para frenar y absorber neutrones de una manera confiable y eficiente y, por lo tanto, proteger la estructura de acero y los imanes de campo toroidal superconductores. [138] En etapas posteriores del proyecto ITER, se utilizarán módulos de manta experimentales para probar la reproducción de tritio para 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. [139]
La energía absorbida de los neutrones rápidos se extrae y se pasa al refrigerante primario. Esta energía térmica se utilizaría entonces 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 en su lugar se extraerá el calor y se eliminará. [140]
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El recipiente de vacío es la parte central de la máquina ITER: un contenedor de acero de doble pared en el que se contiene el plasma mediante campos magnéticos.
El recipiente de vacío del ITER será el doble de 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 todas las estructuras de protección y de puerto, esto suma un total de 5.116 toneladas. Su diámetro externo medirá 19,4 metros (64 pies) y el interno 6,5 metros (21 pies). Una vez ensamblada, toda la estructura tendrá una altura de 11,3 metros (37 pies). [134] [141]
La función principal del recipiente de vacío es proporcionar un contenedor de plasma herméticamente sellado. Sus componentes principales son el recipiente principal, las estructuras de los puertos y el sistema de soporte. El recipiente principal es una estructura de doble pared con nervaduras de refuerzo toroidales y poloidales entre las carcasas de 60 milímetros de espesor (2,4 pulgadas) para reforzar la estructura del recipiente. Estas nervaduras también forman los conductos de flujo para el agua de refrigeración. El espacio entre las paredes dobles se llenará con estructuras de protección hechas 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. [141]
El recipiente 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 es necesaria debido al interior radiactivo del reactor después de una parada, que es causada por el bombardeo de neutrones durante el funcionamiento. [142]
Se realizará un bombeo de vacío antes del inicio de las reacciones de fusión para crear el entorno de baja densidad necesario, que es aproximadamente un millón de veces menor que la densidad del aire. [143]
El ITER utilizará combustible de deuterio-tritio. Si bien el deuterio es abundante en la naturaleza, el tritio es mucho más raro porque es radiactivo con una vida media de solo 12,3 años y solo hay alrededor de 3,5 kg de tritio natural en la Tierra. [144] Debido a este pequeño suministro de tritio , un componente importante para las pruebas en el ITER es la manta de reproducción . Este componente, ubicado en los puertos del recipiente de vacío, sirve para probar la producción de tritio por reacción con neutrones del plasma. Hay varias reacciones que producen tritio dentro de la manta. [145] El litio-6 produce tritio a través de reacciones (n,t) con neutrones moderados, mientras que el litio-7 produce tritio a través de interacciones con neutrones de mayor energía a través de reacciones (n,nt). [146] [147]
Los conceptos para la manta reproductora incluyen métodos de litio-plomo enfriado con helio (HCLL), lecho de guijarros enfriado con helio (HCPB) y litio-plomo enfriado con agua (WCLL). [148] Se probarán en el ITER seis maquetas diferentes de manta reproductora de tritio, conocidas como Módulos de Manta de Prueba (TBM), y compartirán una geometría de caja común. [149] Los materiales para usar como guijarros reproductores en el concepto HCPB incluyen metatitanato de litio y ortosilicato de litio . [150] Los requisitos de los materiales reproductores incluyen buena producción y extracción de tritio, estabilidad mecánica y bajos niveles de activación radiactiva. [151]
El 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 tokamak del ITER será el mayor sistema de imanes superconductores jamás construido. [152] El sistema utilizará cuatro tipos de imanes para lograr el confinamiento del plasma: un imán solenoide central, imanes poloidales, bobinas de campo toroidal y bobinas de corrección. [133] La bobina solenoide central tendrá 18 metros de alto, 4,3 m de ancho y pesará 1000 toneladas. [153] Utilizará niobio-estaño superconductor para transportar 45 kA y producir un campo pico de más de 13 teslas . [154] [155]
Las 18 bobinas de campo toroidales también utilizarán niobio-estaño. Son los imanes superconductores más potentes jamás diseñados, con una intensidad de campo pico nominal de 11,8 teslas y una energía magnética almacenada de 41 gigajulios . [156] Otros imanes de campo inferior del ITER (bobinas de campo poloidal y de corrección) utilizarán niobio-titanio para sus elementos superconductores. [157]
Para lograr la fusión, las partículas de plasma deben calentarse a temperaturas que alcanzan los 150 millones de °C. Para alcanzar estas temperaturas extremas, se deben utilizar múltiples métodos de calentamiento. [130] Dentro del propio tokamak, los campos magnéticos cambiantes producen un efecto de calentamiento, pero también se requiere calentamiento externo. Habrá tres tipos de calentamiento externo en el ITER: [158]
El criostato del 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 frío. [164] Su espesor (que varía de 50 a 250 milímetros (2,0 a 9,8 pulgadas)) le permitirá soportar las tensiones inducidas por la presión atmosférica que actúa sobre el volumen cerrado de 8.500 metros cúbicos. [165] El 9 de junio de 2020, Larsen & Toubro completó la entrega e instalación del módulo criostato. [166] El criostato es el componente principal del complejo tokamak, que se asienta sobre una base aislada sísmicamente. [167] [168] [169]
El desviador es un dispositivo que se encuentra dentro del tokamak y que permite eliminar los desechos e impurezas del plasma mientras el reactor está en funcionamiento. En el ITER, el desviador extraerá el calor y las cenizas que se generan durante el proceso de fusión, al tiempo que protege las paredes circundantes y reduce la contaminación del plasma. [170]
El desviador del ITER, que se ha comparado con un cenicero gigante, está compuesto principalmente de tungsteno . Los objetivos del desviador, que son los componentes expuestos directamente al plasma, están hechos de tungsteno debido a su alto punto de fusión, bajo rendimiento de pulverización catódica y baja retención de tritio. La estructura subyacente del desviador incluye materiales como aleación de cobre para la conducción del calor y acero inoxidable para el soporte estructural.
El desviador consta de 54 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. [171]
Cuando el tokamak del ITER está en funcionamiento, las unidades orientadas hacia el plasma soportan picos de calor de hasta 20 megavatios por metro cuadrado, lo que es más de cuatro veces más alto que lo que experimenta una nave espacial al entrar en la atmósfera de la Tierra. [172]
Las pruebas del desviador se están realizando en la Instalación de Pruebas del Desviador del ITER (IDTF) en Rusia. Esta instalación se creó en el Instituto Efremov de San Petersburgo como parte del Acuerdo de Adquisiciones del ITER que distribuye el diseño y la fabricación entre los países miembros del proyecto. [173]
El tokamak del ITER utilizará sistemas de refrigeración interconectados para gestionar el calor generado durante su funcionamiento. La mayor parte del calor se eliminará mediante un circuito de refrigeración de agua primario, que a su vez se enfriará con agua de un circuito secundario a través de un intercambiador de calor dentro del confinamiento secundario del edificio del tokamak. [174] El circuito de refrigeración secundario se enfriará mediante un complejo más grande, que comprende una torre de refrigeración, una tubería de 5 km (3,1 mi) que suministra agua desde el Canal de Provence y cuencas que permiten enfriar el agua de refrigeración y analizarla para detectar contaminación química y tritio antes de liberarla en el río Durance . Este sistema deberá disipar una potencia media de450 MW durante el funcionamiento del tokamak. [175] Un sistema de nitrógeno líquido proporcionará un1300 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 funcionamiento por Air Liquide en Francia. [176] [177]
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El proceso de selección de una ubicación para el ITER fue largo y tedioso. Japón propuso un sitio en Rokkasho. [178] 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. [179] Además, Canadá anunció una oferta para el sitio en Clarington en mayo de 2001, pero se retiró de la carrera en 2003. [180] [181]
A partir de ese momento, la elección estuvo 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 el ITER en Cadarache, y Japón recibiría una asociación privilegiada que incluía un director general japonés para el proyecto y un paquete financiero para construir instalaciones en Japón. [182]
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 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 mayor asociación científica 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 la fusión [...] [183]
La instalación de pruebas de haz neutro del ITER, cuyo objetivo es desarrollar y optimizar el prototipo del inyector de haz neutro, se está construyendo en Padua ( Italia) . [184] Será la única instalación del ITER fuera del emplazamiento de 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 integrar los edificios con el entorno que los rodea y ayudar con el aislamiento térmico . [185]
Actualmente hay siete signatarios del Acuerdo ITER: China , la Unión Europea , India , Japón , Rusia , Corea del Sur y Estados Unidos . [24]
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 fue inicialmente miembro del ITER como parte de Fusion for Energy tras el final del período de transición el 31 de diciembre de 2020. [186] [187] Sin embargo, en 2023, el Reino Unido decidió interrumpir su participación en Fusion for Energy y en 2024 decidió no buscar la membresía en el ITER independientemente de la UE, lo que dejó al Reino Unido de participar en el proyecto ITER. [20] [21]
En marzo de 2009, Suiza, miembro asociado de Euratom desde 1979, también ratificó la adhesión del país a la Iniciativa de Fusión para la Energía como tercer país miembro. [188]
En 2016, el ITER anunció una asociación con Australia para “cooperación técnica en áreas de beneficio e interés mutuos”, pero sin que Australia se convirtiera en miembro de pleno derecho. [79]
En 2017, el ITER firmó un acuerdo de cooperación con Kazajstán . [80] [189]
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. [190]
Canadá era anteriormente miembro de pleno derecho, pero se retiró debido a la falta de financiación del gobierno federal. La falta de financiación también provocó que Canadá se retirara de su candidatura para el emplazamiento del ITER en 2003. Canadá volvió a sumarse al proyecto en 2020 a través de un acuerdo de cooperación centrado en el tritio y los equipos relacionados con el tritio. [81]
El trabajo del ITER es supervisado por el Consejo del ITER, que tiene la autoridad de nombrar personal superior, modificar regulaciones, decidir sobre cuestiones presupuestarias y permitir que otros estados u organizaciones participen en el ITER. [191] El actual Presidente del Consejo del ITER es Won Namkung, [192] y el Director General interino 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 ) [193]
Reino Unido (como parte de Fusion for Energy ) [186] [187]
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) [194].svg/1280px-Flag_of_Canada_(Pantone).svg.png){kind=small}
Canadá (a través del Gobierno de Canadá en 2020, principalmente por motivos de tritio ) [195]
Kazajstán (a través del Centro Nuclear Nacional de la República de Kazajstán (NNC-RK) en 2017) [194]
Tailandia (a través del Instituto de Tecnología Nuclear de Tailandia (TINT) en 2018) [196]Cada uno de los miembros del proyecto ITER (la Unión Europea, China, India, Japón, Corea, Rusia y los Estados Unidos) ha creado una agencia nacional para cumplir con sus contribuciones y responsabilidades en materia de adquisiciones. Estas agencias emplean a su propio personal, tienen su propio presupuesto y supervisan directamente todos los contratos y subcontrataciones industriales. [197]
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 otras oficinas en Cadarache , Francia, Garching , Alemania, y Rokkasho , Japón. [198] F4E es responsable de contribuir al diseño y fabricación de componentes como el recipiente de vacío, el desviador y los imanes. [199]
La contribución de China al ITER se gestiona a través del Programa Internacional de Energía Nuclear de Fusión 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 de protección. [200] China también está realizando experimentos en su tokamak HL-2M en Chengdu [201] y HT-7U ( EAST ) en Hefei [202] para ayudar a respaldar la investigación del ITER.
El ITER-India es un proyecto especial dirigido por el Instituto de Investigación del Plasma de la India . [203] Las instalaciones de investigación del ITER-India están ubicadas en Ahmedabad, en el estado de Gujarat . Los productos de la India para el proyecto ITER incluyen el criostato, el blindaje en el interior de la nave, los sistemas de refrigeración y de agua de refrigeración. [204]
El Instituto Nacional de Ciencias y Tecnología Cuántica y Radiológica de Japón (QST, por sus siglas en inglés) es actualmente la agencia nacional japonesa designada para el proyecto ITER. La organización tiene su sede en Chiba , Japón. [205] 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 manejo remoto de mantas, las bobinas de solenoide centrales, los sistemas de diagnóstico de plasma y los sistemas de calentamiento por inyección de haz neutro. [206]
El ITER de Corea se creó en 2007 bajo el Instituto Nacional de Investigación sobre Fusión de Corea y la organización tiene su sede en Daejeon , Corea del Sur. Entre los elementos de adquisición, el ITER de Corea es responsable de cuatro sectores: el recipiente de vacío, el bloque de protección térmica, los escudos térmicos y el sistema de almacenamiento y entrega de tritio. [207]
Rusia ocupa una de las posiciones clave en la implementación del Proyecto internacional ITER. [208] La contribución de la Federación Rusa al proyecto ITER radica en la fabricación y suministro de equipos de alta tecnología y sistemas básicos de reactores. La contribución de la Federación Rusa se realiza bajo la égida de Rosatom o la Corporación Estatal de Energía Atómica. [209] La Federación Rusa tiene múltiples obligaciones con el proyecto ITER, incluido el suministro de 22 kilómetros de conductores basados en 90 toneladas de hilos superconductores Nb 3 Sn para bobinas de bobinado de un campo toroidal y 11 km de conductores basados en 40 toneladas de hilos superconductores Nb Ti para bobinas de bobinado de un campo poloidal del sistema magnético ITER, [210] enviados a fines de 2022. [211] Rusia es responsable de la fabricación de 179 de los paneles más intensivos en energía (hasta 5 MW / m2) 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. El tamaño del panel es 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 están orientados al plasma. [212] Hoy en día, Rusia, gracias a su participación en el proyecto, tiene la documentación de diseño completa para el reactor ITER.
El ITER de Estados Unidos forma parte del Departamento de Energía de Estados Unidos y está gestionado por el Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Tennessee. [213] El ITER de Estados Unidos 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 del tokamak, los sistemas de diagnóstico, las líneas de transmisión de calentamiento de iones y electrones del ciclotrón, los sistemas de imanes toroidales y de solenoide central y los sistemas de inyección de pellets. [214] En 2022, la comunidad de investigación de fusión de Estados Unidos publicó su plan para un Programa de Investigación ITER de Estados Unidos que cubra áreas de investigación clave como las interacciones plasma-material, el diagnóstico de plasma y la ciencia y tecnología nuclear de fusión. El plan prevé una estrecha colaboración entre Estados Unidos y otros socios del ITER para garantizar el funcionamiento exitoso del ITER. [215]
En 2006 se firmó el acuerdo ITER sobre la base de un coste estimado de 5.900 millones de euros a lo largo de un período de diez años. En 2008, como resultado de una revisión del diseño, la estimación se revisó al alza hasta unos 19.000 millones de euros. [216] A partir de 2016, se espera que el coste total de construcción y funcionamiento del experimento supere los 22.000 millones de euros, [27] un aumento de 4.600 millones de euros con respecto a su estimación de 2010, [217] y de 9.600 millones de euros con respecto a la estimación de 2009. [218]
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 del 9,1% cada uno para China, India, Japón, Corea del Sur, la Federación Rusa y los EE.UU. [219] [220] [221] Durante las fases de operación y desactivación, Euratom contribuirá con el 34% de los costos totales; [222] Japón y los Estados Unidos con el 13%; y China, India, Corea y Rusia con el 10%. [223]
El 90% de las contribuciones se entregarán "en especie" utilizando la propia moneda del ITER, las Unidades de Cuenta del ITER (IUA). [34] 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 otorguen dos undécimas partes de los contratos de construcción, mientras que las contribuciones de la Unión Europea para el personal y los componentes de construcción se reducirán de cinco undécimas partes a cuatro undécimas partes.
La contribución estadounidense al ITER ha sido objeto de debate. El Departamento de Energía de Estados Unidos (USDOE) 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. [30] Después de haber reducido la financiación al ITER en 2017, Estados Unidos terminó duplicando su presupuesto inicial a 122 millones de dólares de contribución en especie en 2018. [224] 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 USDOE. [225] En virtud de un plan estratégico para guiar los esfuerzos estadounidenses en materia de energía de fusión que se aprobó en enero de 2021, el USDOE ordenó al Comité Asesor de Ciencias de la Energía de Fusión que asumiera que Estados Unidos continuaría financiando el ITER durante un período de diez años. [226]
El apoyo al presupuesto europeo para el ITER también ha variado a lo largo del proyecto. En diciembre de 2010 se informó de que el Parlamento Europeo había rechazado 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 obligó a revisar este plan de financiación, y la Comisión Europea (CE) se vio obligada a presentar una propuesta de resolución presupuestaria para el ITER en 2011. [227] Al final, la contribución europea al ITER para el periodo 2014-2020 se fijó en 2.900 millones de euros. [228] Más recientemente, en febrero de 2021, el Consejo Europeo aprobó una financiación del ITER de 5.610 millones de euros para el periodo 2021-2027. [229]
La construcción del tokamak del ITER se ha comparado con el montaje de “un gigantesco rompecabezas tridimensional”, ya que las piezas se fabrican en todo el mundo y luego se envían a Francia para su montaje. [230] Este sistema de montaje es el resultado del Acuerdo ITER que estipula que las contribuciones de los miembros debían ser en su mayoría “en especie”, y los países fabricarían los componentes en lugar de aportar dinero. Este sistema se ideó para proporcionar estímulo económico y conocimientos especializados sobre fusión a los países que financiaran el proyecto y el marco general exigía que el 90% de las contribuciones de los miembros fueran en material o componentes y el 10% en dinero. [231]
Como resultado, se han firmado más de 2800 contratos de diseño o fabricación desde el lanzamiento del proyecto. [232] Según una estimación de 2017 de la ministra francesa de Investigación, Educación e Innovación, Frédérique Vidal , hubo 500 empresas involucradas en la construcción del ITER y Bernard Bigot afirmó que se habían otorgado 7 mil millones de euros en contratos a contratistas principales solo en Europa desde 2007. [233] [234]
El montaje general de la instalación del tokamak está siendo supervisado 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). [235] Una de las licitaciones más grandes 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). [236] Un contrato de montaje de tokamak por valor de 200 millones de euros también fue adjudicado a un consorcio europeo, Dynamic, que incluye a las empresas Ansaldo Energia (Italia), ENGIE (Francia) y SIMIC (Italia). [237] El conglomerado industrial francés Daher recibió más de 100 millones de euros en contratos logísticos para ITER, que incluyen el envío de los componentes pesados de los diferentes fabricantes de todo el mundo. [238] [239]
En Estados Unidos, el ITER ha adjudicado contratos por 1.300 millones de dólares a empresas estadounidenses desde el comienzo del proyecto y se estima que todavía quedan contratos por valor de 800 millones de dólares en el futuro. [240] Entre los principales contratos estadounidenses se incluye la selección de General Atomics para diseñar y fabricar el crucial imán central del solenoide. [241]
En 2019, el consorcio chino liderado por China Nuclear Power Engineering Corporation firmó un contrato para el ensamblaje de máquinas en el ITER que fue el mayor contrato de energía nuclear jamás firmado por una empresa china en Europa. [242]
Rusia está suministrando sistemas de inyección de vacío e imanes para el ITER, cuya construcción se lleva a cabo en el Astillero Sredne-Nevsky en San Petersburgo. [243]
En la 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. [244] InoxCVA, una empresa del Grupo Inox , suministrará criolíneas para el Proyecto ITER. [245] [246]
Dos de los líderes industriales de Japón, Toshiba Energy Systems & Solutions y Mitsubishi Heavy Industries , tienen contratos para fabricar las bobinas de campo toroidales para el ITER. [243] La construcción de otra parte clave del tokamak, el recipiente de vacío, fue adjudicada a Hyundai Heavy Industries y se está construyendo en Corea. [247]
Se reconocieron retrasos en 2023, lo que afectaría el objetivo de crear plasma para 2025; se esperaba que se pudiera mantener el objetivo de fusión completa de 2035. [248] Se emitió un nuevo cronograma en julio de 2024, que apunta al primer plasma a mediados de la década de 2030 y al inicio de las operaciones de deuterio-tritio para 2039. [7]
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 la sede del proyecto ITER, varios ecologistas europeos manifestaron su oposición al proyecto. Por ejemplo, el político francés Noël Mamère sostuvo que la lucha contra el calentamiento global se vería descuidada como resultado del ITER: “No es una buena noticia para la lucha contra el efecto invernadero porque vamos a invertir diez mil millones de euros en un proyecto que tiene una duración de 30 a 50 años cuando ni siquiera estamos seguros de que sea eficaz”. [249] Sin embargo, otra asociación ecologista francesa, la Association des Ecologistes Pour le Nucléaire (AEPN), dio la bienvenida al proyecto ITER como una parte importante de la respuesta al cambio climático. [6]
En el sector de la fusión en general, varios investigadores que trabajan en sistemas distintos del tokamak, como el científico de fusión independiente Eric Lerner , han argumentado que otros proyectos de fusión costarían una fracción del ITER y podrían ser un camino potencialmente más viable y/o más rentable hacia la energía de fusión. [250] Otros críticos, como Daniel Jassby, acusan a los investigadores del ITER de no estar dispuestos a afrontar los problemas técnicos y económicos potenciales que plantean los esquemas de fusión tokamak. [251]
En cuanto al diseño del tokamak, surgió una inquietud 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 del 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 llevaron a nuevas iniciativas de prueba de diseño. [252]
Otro problema que los críticos plantearon con respecto al ITER y los futuros proyectos de fusión de deuterio-tritio (DT) es el suministro disponible de tritio. Tal como están las cosas, 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 futuros experimentos del ciclo de combustible DT para la energía de fusión. Según la conclusión de un estudio de 2020 que analizó la cuestión del tritio, "el desarrollo exitoso del ciclo de 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". [253]
Los defensores del proyecto 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 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 duración y que sea imposible que un reactor de este tipo sufra una reacción en cadena descontrolada a gran escala . [254] 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 una cámara de reactor de fusión (medio gramo de combustible de deuterio/tritio [255] ) sólo es suficiente para sostener 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. [256] Además, se implementarán algunos sistemas de destritiación, de modo que, con un nivel de inventario del ciclo de combustible de aproximadamente 2 kg (4,4 lb), el ITER eventualmente necesitará reciclar grandes cantidades de tritio y con rotaciones órdenes de magnitud superiores a las de cualquier instalación de tritio anterior en todo el mundo. [257]
En caso de accidente (o sabotaje), se espera que un reactor de fusión libere mucha menos contaminación radiactiva que una central nuclear de fisión común. Además, el tipo de energía de fusión del ITER tiene poco en común con la tecnología de armas nucleares y no produce los materiales fisionables necesarios para la construcción de un arma. Los defensores de la idea señalan que la energía de fusión a gran escala podría producir electricidad confiable a demanda y con una contaminación prácticamente nula (no se producen subproductos gaseosos de CO2 , SO2 o NOx ) . [258]
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 varias vías de fusión. [259]
Sólo en los Estados Unidos, la electricidad representa 210.000 millones de dólares en ventas anuales. [260] El sector eléctrico de Asia atrajo 93.000 millones de dólares en inversión privada entre 1990 y 1999. [261] Estas cifras tienen en cuenta sólo los precios actuales. Los defensores del ITER sostienen que una inversión en investigación ahora debe 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 "en el mediano y largo plazo, es probable que haya un rendimiento positivo de la inversión a partir del compromiso de la UE con el ITER". [262] Además, la inversión mundial de menos de 1.000 millones de dólares al año en el ITER no es incompatible con la investigación simultánea en otros métodos de generación de energía, que en 2007 ascendió a 16.900 millones de dólares. [263]
Los partidarios del ITER subrayan que la única manera de comprobar si las ideas pueden resistir el intenso flujo de neutrones es someter los materiales experimentalmente a ese flujo, que es una de las misiones principales del ITER y del IFMIF [255] , y ambas instalaciones serán de vital importancia para ese esfuerzo [264] . El propósito del ITER es explorar las cuestiones científicas y de ingeniería que rodean a las posibles centrales de energía 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 de los plasmas calentados externamente [265] . Los partidarios sostienen que la respuesta a estas preguntas requiere el experimento del ITER, especialmente a la luz de los monumentales beneficios potenciales [266] .
Además, la línea principal de investigación a través de 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 solo alrededor del 50% más que el costo proyectado de la electricidad de los reactores avanzados de agua ligera . [267] 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 en conceptos de confinamiento alternativos está produciendo la promesa de futuras mejoras en el confinamiento. [268] 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 superficial muy baja en comparación con el sucesor de ITER, DEMO, que, con 2.000 MW, tendría una densidad de energía que supera incluso a las grandes centrales de fisión. [269]
La seguridad del proyecto está regulada de acuerdo con las normas de energía nuclear francesas y de la UE. En 2011, la Autoridad de Seguridad Nuclear francesa (ASN) emitió un dictamen favorable y, a continuación, con base en la Ley francesa sobre transparencia y seguridad nuclear, la solicitud de licencia fue sometida a una consulta pública que permitió al público en general presentar solicitudes de información sobre la 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 de fondo natural 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 inundaciones de 100 años del cercano río Durance y terremotos de 10.000 años, y las respectivas salvaguardas son parte del diseño. [6]
Entre 2008 y 2017, el proyecto generó 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 del ITER fueron JET , [270] Tore Supra , [271] MAST , [272] SST-1 , EAST y KSTAR . Otros reactores de fusión planificados y propuestos incluyen NIF , [273] W7X , T-15MD , STEP , SPARC , SST-2 , [274] CFETR , [275] [276] [277] [278] DEMO , [279] K-DEMO y otras plantas de energía de fusión nacionales o del sector privado en "fase DEMO". [280] [281]
Iter (originalmente, "Reactor Termonuclear Experimental Internacional", pero ahora rebautizado como latín, por lo que significa "viaje", "camino" o "método") será un reactor de fusión gigante de un tipo llamado tokamak.
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, aproximadamente 10 veces más caliente que el centro del sol.
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43°42′30″N 5°46′39″E / 43.70831°N 5.77741°E / 43.70831; 5.77741