Cómo las bases de datos del OIEA contribuyen a avanzar en la investigación de cara al uso comercial de la fusión

Para hacer realidad la fusión comercial, y la promesa que esta encierra de aprovechar el abundante potencial energético de la fusión nuclear, es preciso comprender mejor los plasmas —gases ionizados sobrecalentados— y desarrollar materiales de alto rendimiento para reactores. Gracias al apoyo que prestan a los científicos dedicados a estudiar el comportamiento del plasma, y a la modelización de las propiedades de los materiales utilizados en la investigación sobre energía de fusión, las bases de datos del OIEA contribuyen a avanzar en la investigación orientada hacia una posible producción de energía a escala comercial.

Una cuestión fundamental para el desarrollo de la energía de fusión es lograr y, más adelante, mantener las condiciones extremas necesarias para la “ignición de fusión”: ese punto en que una reacción de fusión se sostiene gracias a la energía que ella misma genera. Para ello, los combustibles del plasma de la reacción han de estar confinados en un espacio durante un lapso lo suficientemente prolongado como para permitir que la fusión se produzca y se caliente hasta ser autosuficiente.

Dicha ignición exige también que los ingenieros desarrollen materiales de alto rendimiento para la pared de un reactor que sean capaces de soportar el flujo constante de energía en forma de calor y neutrones liberados. Esa energía calienta las paredes y el bombardeo de neutrones puede dañar los materiales, lo cual pone en riesgo la integridad del material de la pared o provoca la pulverización iónica del material en el plasma y su enfriamiento.

Asimismo, los materiales de un reactor deberían absorber la menor cantidad posible de tritio, uno de los isótopos de hidrógeno del combustible empleado para la fusión. Todo tritio que se absorba será combustible perdido de cara a la reacción. Y lo que es más importante: el tritio es radiactivo y, con objeto de reducir al mínimo la cantidad y la radiotoxicidad de los desechos nucleares que se pudieran generar, lo ideal sería que las paredes del reactor no absorbieran el tritio y no se volvieran radiactivas en el proceso.

Análisis del comportamiento del plasma

A fin de que el plasma pueda permanecer más tiempo confinado por las fuerzas magnéticas, es preciso comprender en profundidad su comportamiento en el reactor. Las bases de datos del OIEA contienen información sobre los procesos que tienen lugar en el plasma interno y en el borde del plasma, así como en los sistemas de inyección de haces neutros utilizados para calentar el plasma de cara a la ignición. Asimismo, encierran datos sobre las propiedades de diversas impurezas que se inyectan deliberadamente en el plasma con fines diagnósticos y para mitigar inestabilidades.

La base de datos ALADDIN del OIEA es un repositorio en el que se pueden consultar datos de colisión evaluados correspondientes a procesos relacionados con la fusión. La comunidad investigadora se sirve de ella para efectuar diagnósticos del plasma y para aprender acerca de los parámetros plasmáticos importantes, como la temperatura y la densidad. Con el uso de ALADDIN, los científicos pueden comprender mejor las propiedades colisional-radiativas de los iones que resultan críticas para un diagnóstico fiable del plasma.

Modelización de materiales para la fusión

La falta de instalaciones que repliquen las condiciones extremas de un reactor de fusión dificulta la creación de nuevos materiales para las futuras centrales de fusión. Mediante el uso de técnicas de modelización computacional, de plataformas computacionales de alto rendimiento y de instrumentos de caracterización experimental analítica, los expertos pueden diseñar materiales capaces de ofrecer buenos resultados en un entorno de energía de fusión.

Gracias a la modelización se están descubriendo nuevos materiales y se puede prever la fiabilidad de los ya existentes. Esto resulta especialmente importante para la pared más interna del reactor, que es la más cercana al plasma dentro de la vasija del reactor y protege los componentes de dicha vasija contras los daños que pudiera ocasionar aquel.

“El entorno extremo al que está expuesta la primera pared de un reactor de fusión nuclear exige que se seleccionen cuidadosamente los materiales, que han de soportar altas temperaturas y bombardeos de partículas sin erosionarse, quebrarse ni volverse radiactivos, y sin retener el combustible de hidrógeno —dice Christian Hill, Jefe de la Dependencia de Datos Atómicos y Moleculares del OIEA—. Solo con datos fiables provenientes de experimentos y cálculos exactos se pueden prever las propiedades pertinentes de los materiales candidatos”.

Los investigadores emplean las bases de datos del OIEA en la investigación sobre energía de fusión y en otras aplicaciones de la ciencia y tecnología del plasma. El Organismo recaba y evalúa datos mediante sus redes, proyectos coordinados de investigación y Reuniones Técnicas, y los distribuye por medio de sus bases de datos en línea gratuitas, bien planteadas y con función de búsqueda integrada.

“Una base de datos internacional y bien planteada resulta valiosa en la medida en que actúa como un repositorio permanente, fiable y accesible de datos evaluados al que la comunidad de expertos en fusión puede recurrir libremente. La Dependencia de Datos Atómicos y Moleculares del OIEA es también única en otros aspectos: existe desde hace más de 40 años, una antigüedad considerable cuando se trata de datos de fusión”, afirma el Sr. Hill.

Las bases de datos del OIEA son objeto de mejoras y ampliaciones continuas en función de las necesidades específicas de los investigadores con respecto a los datos, como la cuantificación y la inferencia de incertidumbres en ellos, y las técnicas de validación, mantenimiento y divulgación de datos.

Todas las bases de datos sobre fusión gestionadas por el OIEA pueden consultarse en: amdis.iaea.org/databases