La fusión nuclear, a través de reactores como el reactor termonuclear experimental internacional (ITER, por sus siglas en inglés), presenta un desafío significativo para los ingenieros y técnicos que trabajan en su desarrollo. Este desafío radica en recrear las condiciones necesarias dentro de la cámara de vacío de estos reactores para que los núcleos de deuterio y tritio se fusionen.
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El proceso de fusión nuclear genera una reacción en la que un núcleo de deuterio y otro de tritio se fusionan, produciendo un núcleo de helio y un neutrón con una energía de aproximadamente 14 MeV (megaelectronvoltios). Sin embargo, este neutrón no tiene una carga eléctrica neta, lo que significa que no puede ser confinado dentro del campo magnético que retiene los núcleos de deuterio y tritio con carga eléctrica positiva. En lugar de eso, el neutrón es expulsado con gran energía hacia las paredes de la cámara de vacío.
Este neutrón es fundamental para la producción de energía eléctrica en los reactores de fusión nuclear, pero también representa una forma de radiación extremadamente agresiva que puede degradar los materiales utilizados en el reactor. Esta degradación es particularmente problemática para la pared interna de la cámara de vacío y el manto que la recubre (conocido como «blanket»), que están diseñados para regenerar el tritio utilizado como combustible en la reacción de fusión nuclear. Por lo tanto, es esencial desarrollar nuevos materiales que sean capaces de soportar el flujo de neutrones y garantizar la longevidad operativa del reactor.
IFMIF-DONES: un paso adelante en la tecnología de fusión nuclear
El laboratorio IFMIF-DONES (International Fusion Materials Irradiation Facility DEMO-Oriented NEutron Source) está siendo construido en la localidad de Escúzar, en Granada, con el propósito de abordar este desafío. Este laboratorio incorporará un acelerador de partículas lineal diseñado para producir neutrones de alta energía. Los materiales candidatos para ser utilizados en los futuros reactores de fusión nuclear serán sometidos a condiciones de irradiación similares a las que tendrán que soportar en los reactores.
El principal obstáculo es que se espera que IFMIF-DONES no esté listo para irradiar hasta 2033, y los primeros datos no se esperan hasta 2035. Sin embargo, Europa y Japón han encontrado una forma de acelerar el proceso.
Cooperación entre Europa y Japón
Desde 2007, Europa y Japón han estado trabajando conjuntamente en este campo de investigación a través del Centro Internacional de Investigación en Energía de Fusión (IFERC). La contribución europea está liderada por EUROfusion, que coordina varios laboratorios que están generando datos cruciales en el desarrollo de nuevos materiales para reactores de fusión.
Entre estos laboratorios se encuentra el centro de investigación belga SCK CEN, que cuenta con un reactor experimental llamado BR2 capaz de irradiar materiales con neutrones de alta energía. Otro reactor experimental con esta capacidad es el WWR-K, ubicado en el Instituto de Física Nuclear de Kazajistán. Estos experimentos son fundamentales para establecer las condiciones de las pruebas de irradiación que se llevarán a cabo en IFMIF-DONES.
El desafío de desarrollar un reactor de fusión nuclear comercialmente viable está en encontrar materiales que puedan soportar la interacción con los neutrones de alta energía, y al mismo tiempo, promover la regeneración del tritio utilizado como combustible. Los neutrones liberados en la reacción de fusión interactúan con el litio del manto y generan tritio, por lo que es necesario procesarlo e inyectarlo de nuevo en la cámara de vacío del reactor para mantener la reacción a lo largo del tiempo.
Conclusión
El progreso en la tecnología de fusión nuclear es un proceso lento y desafiante, pero los avances en el desarrollo de nuevos materiales y la cooperación internacional ofrecen razones para ser optimistas. Los experimentos realizados en laboratorios en Europa y Japón están proporcionando datos valiosos para el diseño de futuros reactores de fusión nuclear, y el laboratorio IFMIF-DONES en España promete ser un recurso invaluable en este campo de investigación.
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