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ITER: el experimento de fusión más grande del mundo

Wolfgang Picot

Simulación del complejo del ITER. (Fotografía: ITER).

Con sus 23 000 toneladas de peso y casi 30 metros de altura, el ITER será algo digno de admirar. Este reactor de fusión nuclear ocupará el centro de un complejo de 180 hectáreas que también incluirá instalaciones y equipo auxiliar. Las enormes dimensiones del ITER —término latino que significa “camino”— superarán con creces las de los reactores experimentales de fusión de mayor tamaño actualmente en funcionamiento: el Toro Europeo Común (JET), en el Reino Unido, y el JT-60SA, un proyecto conjunto de Europa y el Japón que se encuentra en el país nipón.

Pero, ¿qué puede llegar a ofrecer el ITER y, en la era de la miniaturización y la optimización, por qué es necesario construir un dispositivo de investigación de tales proporciones?

Uno de los objetivos principales del ITER es demostrar que las reacciones de fusión pueden producir una cantidad de energía mucho mayor que la suministrada para iniciar el proceso de reacción, lo que resultará en una ganancia global de energía. Los reactores como el ITER reciben el nombre de tokamaks y utilizan una combinación de sistemas caloríficos, potentes imanes y otros dispositivos para crear reacciones de fusión en plasmas extremadamente calientes y liberar así energía. Los campos magnéticos resultantes mantienen unidas las partículas cargadas y las hacen girar dentro de la vasija del reactor, que tiene forma de dónut, para que puedan fusionarse y producir energía de fusión.

En cuanto a la cuestión del tamaño, los tokamaks más grandes ofrecen un mejor aislamiento y confinan durante más tiempo las partículas generadas por la fusión, produciendo así más energía que los dispositivos de menor tamaño.

Un importante indicador del rendimiento de un reactor es su ganancia de energía de fusión, es decir, la relación entre la energía de fusión producida y la inyectada en el plasma para iniciar la reacción, que se expresa mediante el símbolo “Q”.

Hasta el momento, el JET ha obtenido los mejores resultados, con un valor Q de 0,67, al producir 16 megavatios (MW) de energía de fusión a partir de 24 MW de energía calorífica. Con todo, para producir electricidad se necesitarán valores Q mucho más elevados.

Requisitos previos para la producción de electricidad

Aunque durante los últimos 50 años de experimentos en el ámbito de la fusión el rendimiento de los dispositivos de fusión se ha multiplicado por 100 000, este todavía tiene que aumentar 5 veces más para alcanzar el nivel necesario para una central de fusión. Para ello, los investigadores están intentando optimizar el estado del plasma introduciendo cambios en la temperatura, la densidad y el tiempo de confinamiento.

Algunas de estas mejoras han sido posibles gracias a que ha aumentado el tamaño de los reactores experimentales de fusión. En el ITER, cuya altura y radio duplican los del JET, el plasma alcanzará un volumen diez veces mayor. Además, en este reactor se están aplicando diseños novedosos y materiales innovadores, por lo que también incorporará algunos de los dispositivos más potentes utilizados hasta la fecha para calentar el plasma. Con el ITER se pretende producir 500 MW de energía de fusión —lo que daría un valor Q de al menos 10— durante pulsos de entre 5 y 10 minutos aproximadamente cada uno, inyectando únicamente 50 MW de energía calorífica en el plasma.

Si bien el ITER tendrá un rendimiento máximo espectacular, este solo se alcanzará durante un lapso muy breve. Para poder llegar a ofrecer electricidad de manera constante, las futuras centrales de fusión tendrán que estar siempre en funcionamiento. Un valor Q de 5 representa un límite crítico por encima del cual el plasma empieza a calentarse por sí mismo para autosostener la reacción de fusión. A fin de comprender mejor cómo lograr esta reacción autosostenida, el objetivo del ITER es llegar a generar y mantener valores Q de 5 durante períodos muy superiores a los 10 minutos.

Una colaboración mundial

Los 35 países que participan en el ITER representan más de la mitad de la población mundial y el 85 % del producto interno bruto (PIB) a nivel mundial. Aunque en el mundo se están llevando a cabo muchos otros experimentos de fusión de menor envergadura, la mayoría de ellos se coordinan, cooperan o colaboran con la Organización ITER.

El OIEA y la Organización ITER han mantenido una estrecha relación desde el primer momento, especialmente en las esferas de la investigación, la gestión del conocimiento, el desarrollo de recursos humanos y las actividades de enseñanza y divulgación en el ámbito de la fusión nuclear. El OIEA también ayuda a la Organización ITER a compartir sus experiencias en materia de seguridad nuclear y protección radiológica con los Estados Miembros del OIEA, incluidos los que no participan en el proyecto. Este año la Organización ITER y la Comisión de Energía Atómica y Energías Alternativas (CEA) de Francia acogerán conjuntamente la 28ª Conferencia del OIEA sobre Energía de Fusión.

Se espera que el ITER demuestre que es científica y tecnológicamente viable producir electricidad a partir de la energía de fusión y que, de acuerdo con su plan de investigación por fases, los primeros experimentos en este sentido comiencen en 2025. Los experimentos a pleno rendimiento deberían iniciarse en 2035. Si los resultados son favorables, estos avances supondrán un hito importante y tenderán un puente histórico entre la investigación experimental y las primeras centrales de demostración de la fusión, también conocidas como DEMO. Las DEMO previstas permitirán obtener una ganancia neta de energía eléctrica. Ya se están estudiando numerosos conceptos preliminares de reactores del tipo DEMO y, si todo marcha según lo planeado, a mediados de siglo podrían estar en funcionamiento.

May, 2021
Vol. 62-2

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