Para que la energía de fusión comercial llegue a buen puerto es necesario resolver varios desafíos de una envergadura enorme. Y uno de ellos requiere desarrollar los materiales que se utilizarán para fabricar las partes del reactor que están expuestas directamente a la interacción con los neutrones de alta energía y el calor del plasma. Cuando tiene lugar la reacción de fusión de un núcleo de deuterio y otro de tritio se desencadena la producción de un núcleo de helio y un neutrón que sale despedido con una energía de unos 14 MeV (megaelectronvoltios).
El problema es que el neutrón carece de carga eléctrica neta, por lo que no puede ser confinado en el interior del campo magnético que, sin embargo, sí consigue retener los núcleos de deuterio y tritio, que tienen carga eléctrica positiva. Esta es la razón por la que cuando se origina como resultado de la reacción de fusión nuclear este neutrón sale despedido hacia las paredes de la cámara de vacío con una energía enorme.
Esta partícula es muy importante debido a que estará estrechamente vinculada a la producción de energía eléctrica en los reactores comerciales de fusión nuclear, pero al mismo tiempo representa una forma de radiación muy agresiva que puede degradar los materiales utilizados en el reactor. Los componentes que se verán más afectados por el impacto directo de los neutrones de alta energía y el flujo de calor más intenso son la pared interna de la cámara de vacío y el blanket, que es un manto que la recubre y que tiene como propósito regenerar el tritio que es necesario utilizar como combustible en la reacción de fusión nuclear.
El acelerador LIPAc es una pieza fundamental en el proyecto IFMIF
Todo lo que acabamos de repasar explica por qué es crucial desarrollar nuevos materiales que sean capaces de soportar el flujo de neutrones y garantizar, por tanto, que el reactor tendrá una vida útil operativa prolongada. Y para llevarlo a cabo es necesario poner a punto unas instalaciones ideadas para permitir a los técnicos involucrados en el proyecto evaluar las propiedades de los materiales candidatos a intervenir no solo en DEMO, sino también en los futuros reactores comerciales de fusión nuclear. Este es el propósito del proyecto IFMIF (Instalación Internacional de Irradiación de Materiales de Fusión).
IFMIF-DONES permitirá poner a prueba los materiales candidatos a ser utilizados en los futuros reactores de fusión nuclear
Actualmente se está construyendo en la localidad granadina de Escúzar la instalación IFMIF-DONES (International Fusion Materials Irradiation Facility DEMO-Oriented NEutron Source), que, precisamente, permitirá poner a prueba los materiales candidatos a ser utilizados en los futuros reactores de fusión nuclear sometiéndolos a una irradiación de neutrones muy similar a la que desencadenará un reactor de fusión. Si todo sale como prevén los ingenieros y técnicos involucrados en este proyecto, IFMIF-DONES comenzará a irradiar materiales de forma consistente en 2033, de modo que los primeros resultados estarán listos en 2035.
No obstante, IFMIF-DONES no es la única pieza esencial del proyecto IFMIF. En el norte de la isla principal de Japón, Honshu, se encuentra Rokkasho, una ciudad conocida por sus inviernos fríos y sus paisajes nevados. Pero lo que a nosotros más nos interesa de esta urbe es que en ella reside el acelerador LIPAc (Linear IFMIF Prototype Accelerator), una máquina desarrollada por ingenieros japoneses y europeos que persigue simular la intensa radiación que se produce en el interior de un reactor de fusión. No obstante, LIPAc no es la competencia japonesa de IFMIF-DONES. En realidad es su mejor aliado.
En la fotografía de portada de este artículo podéis ver qué aspecto tiene el acelerador lineal superconductor de iones ligeros LIPAc. Esta máquina es un prototipo diseñado para poner a prueba algunas de las tecnologías que más tarde serán utilizadas en IFMIF-DONES, y sus especificaciones son extremadamente rigurosas. De hecho, debe ser capaz de acelerar en servicio continuo un haz de iones con una corriente de 125 mA hasta 9 MeV.
Esta energía es una auténtica barbaridad, pero es necesario alcanzarla para replicar la radiación que se produce en el interior de los reactores de energía de fusión. Los ingenieros japoneses y europeos involucrados en la puesta a punto de LIPAc están trabajando actualmente en este acelerador lineal con el objetivo de iniciar la operación en 2026. No queda nada. Crucemos los dedos para que todo vaya bien y esta ambiciosa máquina esté lista con la anticipación necesaria para allanar el camino al proyecto español IFMIF-DONES.
Imagen | Fusion For Energy
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