Fusión nuclear, el ejemplo ITER
ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor, que significa igualmente «el camino» en latín) es un programa y un desafío científico sin precedentes en el que participan 35 naciones.
Tiene por objeto realizar pruebas de fusión nuclear controlada a niveles nunca alcanzados (potencia, duración) y comprender la dinámica de la fusión.
El tokamak ITER es la primera máquina que dispone de dimensiones y de equipos indispensables para esta demostración (« tokamak » es el acrónimo ruso de « TOroidalnaya KAmera i MAgnitnaya Katushka », cámara toroidal y bobinas magnéticas).
La investigación sobre la fusión del hidrógeno ha progresado enormemente estos últimos decenios, desembocando en el programa internacional ITER cuyos objetivos son los siguientes:
- demostrar que la fusión puede ser utilizada para producir energía
- proporcionar los datos necesarios para concebir y utilizar una máquina que se anticipará a las centrales industriales y producirá electricidad (proyecto DEMO).
Por otra parte, estos últimos años se han creado numerosas startups para proponer conceptos alternativos.
El objetivo a largo plazo es crear reactores capaces de funcionar en régimen estable en condiciones de total seguridad, respetando el medioambiente y siendo económicamente viables.
El programa ITER permitirá a los científicos estudiar, por primera vez, la física de un plasma en combustión, parcialmente calentado por las reacciones de fusión internas y en condiciones de mantenimiento «largo» (superiores a unas centenas de segundos).
En un tokamak, se deben satisfacer tres condiciones para obtener reacciones de fusión: una temperatura muy elevada (en torno a 150 millones de grados Celsius), una densidad suficiente para producir el mayor número posible de colisiones, y un tiempo de confinamiento de la energía suficientemente largo.
Cuando se somete a una temperatura muy elevada un gas, los átomos se disocian: los electrones y los núcleos se separan unos de otros y el gas se transforma en plasma (cuarto estado de la materia).
Es en este medio en el que los núcleos pueden fusionar y generar energía. Ésta es transportada principalmente (80%) por los neutrones resultantes de la reacción.
De ahí la necesidad de pantalla de neutrones y de protección gamma con materiales especializados.
Estos materiales deben ser implementados en entornos forzados (riesgo sísmico, riesgo de incendio, descontaminación…), por lo que se trata de alcanzar un acuerdo mutuo.
ITER, el mayor Tokamak jamás construido
Por sus dimensiones—840 m3 de plasma en el núcleo de la máquina (30 m x 30 m), una masa total de 23.000 toneladas—el tokamak ITER será el más potente jamás construido.
Las radiaciones radioactivas generadas en torno al tokamak precisan de la aplicación de pantallas con el fin de, por una parte, respetar los objetivos de radioprotección (zonificación radiológica, principio ALARA*) y, por otra parte, limitar el entorno radiactivo para retos de cualificación de sistemas.
El Complejo tokamak, que alberga la máquina y sus equipamientos anexos, descansa sobre patines parasísmicos, por lo que es necesario respetar una estricta limitación de peso por m2. Para alcanzar este objetivo los ingenieros han decidido buscar la mejor combinación posible. Crear materiales absorbentes de neutrones en la familia de morteros: ligeros y ricos en hidrógeno.
Mejorar la radioprotección al mismo tiempo que se limita la masa, ITER opta por Lemer Pax
ITER ha decidido reforzar sus medios de radioprotección, en torno al tokamak. El departamento de seguridad nuclear de ITER ha elaborado un listado de prerrequisitos y ha presentado su hoja de ruta a Lemer Pax. Se trataba, por una parte de desarrollar materiales altamente hidrogenados, especialmente para ralentizar y después atrapar los neutrones con boro y, por otra parte, protegerse de la radiación gamma emitida, mientras se consideran otras restricciones.
Dicho de otro modo, mejorar la radioprotección al mismo tiempo que se limita la masa, conservando una buena resistencia ignífuga y una densidad próxima a 1: estos son los principales marcadores de lo requerido.
Esta problemática fue comunicada con ocasión de un encuentro entre los dos equipos, el 23 de abril de 2021. Sobre esta base y en el período dedicado, Lemer Pax ha encontrado formulaciones adaptadas y ha desarrollado, a través de la gama Novashield® HE (Alta Eficacia), materiales de mayores prestaciones en materia de radioprotección.
Estos nuevos materiales hidrogenados, absorbentes de neutrones y resistentes al fuego, conservan su eficacia de radioprotección en caso de incendio, y han sido ajustados para responder al conjunto de necesidades del sector nuclear.
Se da preferencia a su uso en la fase de concepción para reforzar la protección neutrón y gamma del techo del tokamak de ITER, en un grosor de varias decenas de cm y varios cientos de m2. Estas soluciones técnicas están destinadas tanto a la fusión como a la fisión.
De esas recomendaciones han resultado dos nuevos materiales, el Mortero de boro 075 y el Polybore HE 105 para tener en cuenta principalmente emisiones de neutrones.
LOS RESULTADOS:
¡ EL GOLDEN MATERIAL !
- Materiales hidrogenados y absorbentes de neutrones
- Cumplimiento de las normas de seguridad contra incendios
- Baja densidad
- Estabilidad térmica a 300°C
Contando con esta investigación previa, Lemer Pax ha contribuido a proponer soluciones para responder a la necesidad de ITER en fase de concepción. Lemer Pax está listo para acompañar el programa ITER en el desarrollo e instalación de estas soluciones para contribuir a hacer frente a los desafíos de ITER.
Visítenos en la WNE (World Nuclear Exhibition), stand D022, del 28 al 30 de noviembre de 2023 en el Parc des Expositions de Paris Nord Villepinte (Francia), el principal punto de encuentro internacional para los actores del sector nuclear civil, para conocer todas nuestras soluciones innovadoras para la Industria Nuclear y la Investigación.
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