Grupo de Interaccion Plasma Pared

16 Sep, 2019 | I+D+i, I+D+i Septiembre 2019 ABC

“Controlar la fusión es como meter el Sol en una botella”

 

Prof. Francisco Tabarés

Director del Grupo de Interacción Plasma-Pared del Laboratorio Nacional de Fusión (LNF) del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT)

 

El Laboratorio Nacional de Fusión (LNF) es el centro de referencia español en el ámbito de fusión. En su marco, el Grupo de Interacción Plasma-Pared se centra en el estudio de los materiales para el confinamiento del plasma, trabajando en buena medida en el proyecto TJ-II, el segundo dispositivo de fusión de tipo stellarator más grande de Europa.

¿Qué se entiende por fusión?

La fusión es el proceso por el cual dos núcleos ligeros se unen para formar un núcleo más pesado. La masa del núcleo resultante es ligeramente inferior a la suma de las masas de los núcleos ligeros y la diferencia de masa se libera en forma de energía, de mucha energía: aproximadamente 10 millones de veces la energía liberada por cualquier proceso químico. En la fusión unimos isótopos de hidrógeno para conseguir energía. Sobre esa base, estamos enmarcados en un proyecto importantísimo a nivel mundial para el desarrollo de una energía alternativa limpia y segura  que sustituiría a lo que hoy se conoce como energía nuclear.

 

¿Qué diferencias fundamentales introduce la fusión?

La primera es que el combustible está en el agua de mar, por lo tanto una fuente casi  inagotable. El elemento que nos hace falta es el deuterio, un isótopo del hidrógeno que se encuentra en la proporción de una parte por cada diez mil en el agua de mar, por lo que existe deuterio en cantidades enormes. El otro isótopo que necesitamos es el tritio, más pesado que el deuterio, y que no se encuentra de manera natural porque se desintegra. La reacción de fusión utiliza el tritio de forma intermedia, esto es, se regenera en la reacción (lo metemos y lo sacamos) y,  al final, lo que se usa en el ciclo completo sería el litio, que también es muy abundante en el planeta.

 

En este campo, el proyecto bandera es ITER…

Efectivamente. ITER, que responde a las siglas International Thermonuclear Experimental Reactor (Reactor Experimental Termonuclear Internacional), es el proyecto de investigación en energía de fusión  más ambiciosos del mundo, en el que están implicadas las grandes potencias de Europa y Asia, además de EE.UU, y que persigue la construcción de un dispositivo de fusión, ubicado cerca de Marsella y que podría probarse en cinco años. Se ha  diseñado para demostrar la viabilidad de la fusión como fuente de energía a gran escala, basándose en el mismo principio por el cual el Sol genera su energía. Lo que queremos es meter el Sol en una botella… La fusión es eso.

Este proyecto experimental es de crucial importancia para el avance de la fusión nuclear y para preparar el camino para las centrales comerciales de fusión.

Y orientados a ese macro objetivo… ¿Cuál es el trabajo del Grupo de Interacción Plasma-Pared?

Nosotros trabajamos para saber de qué material hay que construir esa botella. El objetivo del proyecto ITER es demostrar que realmente podemos producir la fusión en una vasija, de forma continuada, sin sobresaltos, para poder llevarse a cabo sin que poner en marcha la fusión en La Tierra produzca fenómenos que pongan en peligro la integridad del reactor. Lo peor que podría ocurrir si no funcionara es que no se generara la energía.

Nuestro grupo nace en 1990 con el propósito de apoyar la fabricación y la operación de la máquina de fusión que tenemos en el CIEMAT, en Madrid: el estellarator TJ-II. El proyecto TJ-II arranca en 1980, pero no fue hasta la entrada de España en la CE que tuvimos acceso a los fondos a través de Euratom, el organismo europeo que se dedicaba a promover la fabricación de dispositivos dentro de Europa para investigar la fusión.

El CIEMAT, como organismo público de investigación en los ámbitos de la energía, el medio ambiente y la tecnología, había tenido otras máquinas de fusión más pequeñas pero para trabajar en el TJ-II hubo que contratar a expertos de todo el país (ingenieros, científicos, técnicos…) hasta llegar a un grupo de 100 profesionales encargados de la fabricación y el funcionamiento de esa máquina.

 

Uno de los grupos importantes a la hora de abordar los problemas con el TJ-II es el que usted dirige…

Efectivamente, que estudia la interacción del plasma con el material. El plasma es el cuarto estado de la materia (solido, líquido, gas y plasma), el estado natural del universo. El 99% de la materia del universo está en forma de plasma.

El plasma es un gas completamente ionizado en el que las partículas atómicas se descomponen en electrones y núcleos, lo que forma un gas muy caliente, tan caliente como 100 millones de grados, donde el comportamiento de las partículas tanto negativas como positivas, en presencia de un campo magnético, se consiguen confinar.

Desde nuestro Grupo, damos servicio a las necesidades específicas de nuestra máquina y, por otra parte, contribuimos al conocimiento de la fusión a nivel internacional. Actualmente estamos integrados en los estudios internacionales de materiales a exponer al plasma, capaces de aguantar cargas térmicas enormes, de decenas de megavatios por metro cuadrado, lo que equivaldría a sentarse en un silla encima del Sol.

¿En qué punto de la investigación están en torno a materiales capaces de exponerse al plasma?

Seguimos investigando porque las soluciones que hemos encontrado hasta ahora puede ser que funcionen en ITER, pero no serían capaces de soportar las cargas en un reactor comercial. Básicamente porque el reactor tiene que estar funcionando todo el día y hasta ahora los experimentos en laboratorio son pulsados, de segundos o fracciones de segundo.

Estamos muy activamente implicados en el desarrollo de materiales alternativos, como son los metales líquidos: en lugar de poner una ‘botella’ sólida estudiamos poder poner una ‘botella’ de litio o estaño líquidos, que igualmente puedan hacer la función de recipiente. Todo ello con el soporte europeo a través de Eurofusión, el organismo que actualmente financia las actividades de fusión en Europa.

De cara al corto y medio plazo estamos involucrados en el diseño y construcción de un dispositivo adecuado para probar los metales líquidos en las condiciones que van a soportar en un reactor de fusión.  A esta instalación la hemos denominado OLMAT. En unos años esperamos poder tenerla lista, funcionando como una facility, esto es, una instalación abierta no solo a equipos de trabajo en fusión sino también a personas y empresas interesadas en modificar materiales usando plasmas de muy elevada potencia, con aplicaciones en otros campos de la ciencia y la tecnología.

 

¿Cuál es la gran aportación de valor de investigar en torno a la fusión?

La gran aportación de valor en el camino hacia la fusión comercial es desarrollar materiales resistentes al plasma. Sin los materiales adecuados es imposible fabricar un reactor. 

Sobre esa base, la fusión tiene de por sí una innegable aportación de valor, puesto que es una energía inagotable, segura  y que no genera residuos radioactivos.

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