#rosavientos: España hacia la fusión nuclear con IFMIF-DONES en Granada

Por Francisco R. Villatoro, el 12 junio, 2016. Categoría(s): Ciencia • Eureka (La Rosa de los Vientos) • Noticias • Recomendación • Science ✎ 8

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Ya está disponible el audio del podcast de Eureka, mi sección en La Rosa de los Vientos de Onda Cero. Como siempre, una transcripción, unos enlaces y algunas imágenes.

España perdió contra Francia la instalación de ITER. Ahora compite contra Polonia por albergar IFMIF-DONES, un acelerador de partículas para poner a prueba los materiales a usar en los futuros reactores de fusión. El plan es ubicar esta fuente de neutrones de alta intensidad en Granada y para ello el Gobierno central debe presentar una candidatura oficial en coordinación con la Junta de Andalucía. El desarrollo de esa candidatura está sufriendo retrasos, en parte, por la incertidumbre política. DONES es parte de la Instalación Internacional para la Irradiación de Materiales de Fusión (IFMIF), un proyecto liderado por la Unión Europea y Japón. Su coste es de 360 millones de euros, debería comenzar a funcionar en 2022 y el retorno económico de la instalación será de 900 millones de euros.

Página web de la candidatura del proyecto IFMIF-DONES ESPAÑA (Granada). Mañana lunes 13 de junio se reúnen el Gobierno de España y la Junta de Andalucía para concretar la solicitud oficial de la candidatura de Granada. Todos deseamos que se llegue a un acuerdo fructífero.

Más información en medios en M. Andrade, “Granada, candidata para albergar una de las grandes instalaciones científicas de un macroproyecto internacional,” El Independiente de Granada, 08 Dic 2015; “La financiación, primer reto para la candidatura de Granada al proyecto internacional sobre energía de fusión,” EIdG, 19 May 2016; “Las claves del proyecto que puede situar a Granada en el mapa mundial de la tecnología y la ciencia,” EIdG, 05 Jun 2016; “La UGR presenta a la comunidad científica el proyecto sobre energía de fusión en la primera jornada pública para impulsarlo,” EIdG, 08 Jun 2016; José Pichel, “Una pieza clave en la mayor revolución energética de la historia,” El Español, 16 Ene 2016.

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España es candidata a albergar la segunda fase del proyecto IFMIF, llamada DONES, un acelerador de partículas que se instalaría en Granada. Un gran proyecto científico que complementará al reactor de fusión ITER que está en Cadarache, Francia. ¿En qué consiste este proyecto granadino? La fusión nuclear se suele explicar con la idea de confinar un pequeño Sol en un reactor para extraer su energía de forma controlada. El camino más prometedor hacia la fusión son los reactores por confinamiento magnético, como el proyecto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), un reactor de fusión experimental aún en construcción en Cadarache, Francia. Hay que recordar que ITER no es un prototipo de reactor de fusión comercial. Su acrónimo, ITER, se eligió porque recuerda que este proyecto es parte del camino o del itinerario hacia la fusión nuclear comercial. El futuro prototipo de reactor de fusión basado en la ciencia y tecnología que se estudie en ITER se llamará DEMO. Pero para diseñar DEMO se requieren avances científicos en el diseño de materiales que se usarán en su construcción. Estos materiales se usarán para la primera pared del reactor, que contendrá el plasma en condiciones extremas y estarán sometidos a una intensa irradiación de neutrones de alta energía que los podría dañar gravemente. El proyecto IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility), siglas en inglés de Instalación Internacional para la Irradiación de Materiales para la Fusión, es un proyecto de la Unión Europea y Japón enfocado a la investigación y el desarrollo de nuevos materiales para el interior del reactor de fusión.

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España compite contra Polonia para albergar la segunda fase del proyecto IFMIF, un acelerador para bombardear materiales con partículas de alta energía. ¿Qué otras fases tiene el proyecto IFMIF? España participa en la primera fase del proyecto IFMIF con un papel destacado. Esta primera fase se llama EVEDA (Engineering Validation and Engineering Design Activity), siglas en inglés de Actividad para Validación de la Ingeniería y Diseño de la Ingeniería. Dicho proyecto internacional está dirigido por el físico e ingeniero español Juan Ramón Knaster, aunque su sede oficial está en Rokkasho (Japón). Esta primera fase es clave para el diseño de la segunda fase, llamada DONES (DEMO-Oriented Neutron Source), siglas en inglés de Fuente de Neutrones Orientada al diseño de DEMO. España compite contra Polonia y Croacia por albergar a DONES, aunque nuestro competidor más firme es Polonia. DONES sería lo que en España llamamos una instalación singular, que llevaría a cabo los ensayos de materiales para el futuro reactor de fusión DEMO. La instalación consistirá en dos aceleradores de deuterones (núcleos de deuterio) de 40 MeV de energía y una intensidad de 125 mA. Este intensidad es muy alta ya que el acelerador de deuterones más intenso en operación hoy en día, llamado SARAF, alcanza poco más de 1 mA. Los haces de deuterones acelerados incidirán en un blanco de litio líquido donde se generarán neutrones de muy alta energía que incidirán sobre muestras de los materiales que se pretenda estudiar o ensayar. Estos estudios permitirán caracterizar los materiales ya existentes y diseñar nuevos materiales que sean capaces de resistir neutrones de alta energía y elevado flujo de calor para la primera pared y el blanket (manto regenerador de tritio) en el reactor. El éxito del proyecto DONES será fundamental para el éxito de DEMO.

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Los aceleradores que se construirá en Granada, si España logra ganar la competencia, acelerarán deuterio (D), pero los reactores de fusión usan la reacción D+T entre el deuterio y el tritio. ¿Por qué no se estudiará la aceleración de núcleos de tritio en DONES? La reacción de fusión más sencilla de obtener y controlar de forma estable es la de deuterio y tritio (DT). El deuterio es abundante en el agua del mar, unos 30 gramos por metro cúbico, pero el tritio no existe en estado natural ya que es radiactivo con un periodo de semidesintegración de unos 12 años. Hay que fabricar el tritio en el propio reactor bombardeando un blanco de litio con neutrones de alta energía. Se pueden usar los neutrones provenientes de la propia reacción de fusión DT inicial, un proceso llamado regeneración del tritio (Tritium breeding). La reacción DT entre el deuterio y el tritio produce un núcleo de helio (partícula alfa) que se lleva el 20% de la energía y un neutrón que se lleva el 80% restante. La partícula alfa tiene carga positiva y queda atrapada por el campo magnético que confina el plasma, usándose su energía para calentar dicho plasma. Pero el neutrón carece de carga eléctrica y no le afectan los campos magnéticos. El neutrón escapa del plasma penetrando en los materiales de contención del reactor y en una envoltura de litio (el manto regenerador o breeding blanket) que permite producir tritio. Los neutrones también se usan para producir generar calor y convertirlo en energía eléctrica. Por supuesto, para calentar el plasma y arrancar la reacción de fusión se necesita una fuente externa de energía. En energía de fusión se define la ganancia energética (Q) como el cociente entre la energía producida por la fusión y la energía total invertida. ITER pretende conseguir una ganancia energética de Q > 10 durante 500 segundos (8,3 min) y de Q>5 durante 1500 segundos (25 min). ITER usará una potencia eléctrica externa de calentamiento de 40 MW y logrará generar unos 400 MW. Todo ello usando como combustibles básicos agua y litio. Ambos combustibles primarios son económicos, abundantes y fácilmente accesibles. El único residuo de la reacción de fusión es el helio, un gas inerte. Por supuesto, parte los materiales estructurales de las paredes internas del reactor y otras estructuras se pueden volver radiactivos bajo el flujo de neutrones, así como sufrir daños que requieren su reciclado periódico. Por ello es muy importante proyectos como IFMIF-DONES.

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En el año 2003 España perdió contra Francia la instalación de ITER en Vandellós, que acabó en Cadarache.  Ahora compite contra Polonia y Croacia por albergar el proyecto DONES. ¿Qué ventajas tiene la candidatura española respecto a las otras? La primera ventaja es que la sede de la Agencia Europea para la Energía de Fusión (Fusion For Energy o F4E) está en Barcelona. Esta agencia es la responsable de la parte europea del proyecto ITER. La segunda es que España tiene un gran centro de investigación en tecnología de fusión, el CIEMAT, siglas de Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas. El CIEMAT lidera la participación española en el tokamak ITER y alberga el Laboratorio Nacional de Fusión, todo un referente internacional que dispone de un pequeño reactor de fusión experimental de tipo Stellerator. La tercera es que un español está liderando la primera fase de IFMIF llamada EVEDA cuya sede está en Japón. Ya hay un Acuerdo Bilateral entre la Unión Europea y Japón para el Desarrollo de la Fusión, en concreto con Alemania, Francia, Italia, Bélgica, España y Suiza. Japón no ofrece candidatura para albergar DONES y en Europa nuestra candidatura tiene fuertes apoyos, entre ellos el de Alemania. Y la cuarta es que muchas empresas españolas están colaborando en el diseño y fabricación de los equipos e instalaciones para ITER y están capacitadas para hacer lo mismo con DONES. En mi opinión la candidatura de España es muy sólida, pero requiere un apoyo firme del Gobierno y ahora está en funciones. El próximo 20 de junio se celebrará en la Universidad de Granada un evento que hará públicos el impacto científico y económico del proyecto. Su objetivo es animar a los grupos de investigación y las empresas a contribuir al desarrollo y explotación del proyecto.

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El proyecto DONES se instalará en Granada, Andalucía, en lugar de Madrid o Cataluña. ¿Por qué se ha elegido esta localidad? El coste de la primera fase del proyecto DONES, que durará unos 15 años, es de unos 360 millones de euros y debería comenzar a funcionar en el año 2022; parece mucho dinero, pero el retorno económico de la instalación se estima en unos 900 millones de euros. Aún así, la clave de la candidatura española es que DONES sea financiado con fondos FEDER (Fondo Europeo de Desarrollo Regional), lo que significa que sólo podría instalarse en Extremadura o en Andalucía. En Sevilla se encuentra el Centro Nacional de Aceleradores (CNA), que podría aspirar a este proyecto científico. Sin embargo, la candidatura española nació en Granada, que se encargó de organizar la solicitud de propuesta al Gobierno de España. Granada reúne excelentes condiciones científicas por su tradición de investigación en Física de partículas y el Gobierno aceptó su propuesta en el verano de 2015 cuando se formalizó la carta de presentación de la candidatura. Este verano de 2016 debe formalizarse la candidatura oficial, con su contenido y propuesta económica. Dado que el Gobierno está en funciones es posible que se pida un aplazamiento hasta después del verano. Esta situación genera cierta inquietud en la comunidad científica española y en los sectores industriales que más apoyan la candidatura. Las candidaturas a grandes instalaciones en Europa requieren un trabajo muy serio, tanto de respaldo social e industrial, como desde las instituciones públicas. El proyecto IFMIF-DONES sería una gran oportunidad para la ciencia y la industria españolas. Todos debemos apoyar nuestra candidatura.

 



8 Comentarios

  1. El link que enlazas de la candidatura creo que no es realmente de la candidatura sino de la plataforma que la apoya. Una de los problemad que le veo yo al proyecto es la falta de difusion de los propios promotores (la difusion ha venido de un grupo de ciudadanos interesados). Fuera del ambito cientifico se desconocen por completo los detalles del proyecto y no se resuelven cuestiones muy relevantes para la ciudadania como el tratamiento y almacenamiento de los materiales (radiactivos) que se generarán, el emplazamiento del acelerador, etc. Desde un punto de vista tecnico tambien se desconoce por qué no ha habido interes en desarrollar el acelerador en Sevilla en el CNA donde ya hay un acelerador de deuterones de mucha menor intensidad pero que quizad podria servir de base.

    1. Pero por eso se hace con deuterio-tritio para
      1) evitar una mayor radiación, ya que el tritio es radiactivo por sí solo (por lo que he leído).
      2) aumentar la energía producida
      3) reducir la temperatura
      Aunque espero que Francis pudiera comentar sobre esto.

      1. Javi, Julio, el tritio no es el problema (se genera en el reactor a partir del litio para consumirlo, no es un residuo). Los reactores de fusión DT generarán residuos radiactivos de baja intensidad y corta vida media (unos cientos de años); estos residuos se pueden almacenar (de forma temporal) igual que se hace con los de los hospitales. Irradiar materiales con neutrones de alta energía e intensidad conlleva ese problema, que no tiene nada que ver con el problema de los residuos de alta intensidad de los reactores de fisión. En la fisión el combustible es altamente radiactivo; en la fusión el combustible no es radiactivo.

        1. Francis, yo no he hablado de tritio y me refería al proyecto en sí, que si bien está orientado al desarrollo de un reactor de fusión no involucra ninguna reacción ni de fisión ni de fusión. A mi la verdad es que no me tranquiliza mucho saber que los residuos en lugar de tener una vida media de decenas de miles de años tienen una vida media del orden de siglos. También he leído eso de que la cantidad de residuos radiactivos sería como la de un hospital, cosa difícil de asimilar teniendo en cuenta que las energías son tremendamente superiores, que el acelerador estaría funcionando los 365 días del año de manera continua, y que el material irradiado es el producto y no un efecto colateral de un procedimiento de imagen. A través de una fuente personal he obtenido otra información, que en realidad, sería como 3 veces la cantidad de residuos de un hospital grande como el Severo Ochoa, que al cabo del año produce una cantidad notable de residuos. Eso ya es más consistente y aún queda por saber dónde se almacenarían los residuos, como se haría el transporte, etc. En fin, medidas de seguridad, que no queremos tener en la Vega de Granada una pila de material radiactivo altamente contaminante y no saber nada de ello.

          1. Javi, obviamente, la cantidad de residuos sería mucho más grande que la de un hospital. Pero eso no es un problema. La ventaja es que son residuos de baja y media actividad, como los de los hospitales. Por tanto, se podrían almacenar sin los problemas asociados a los residuos de alta actividad. Pero en cantidad, como es obvio, serían mucho más que tres veces los de un hospital grande, mucho más.

  2. Esperemos que tengas razón y haya un colectivo ciudadano interesado y no que tengamos que dejar esto en manos de nuestros gobernantes e instituciones que les sirven, El resultado de otras veces ya lo sabemos. Por eso el papel de todos para exigir IFMIF-DONES y apoyarlo es tan importante.
    Lo del CNA, para cualquiera que los conozca sabrá que esto no va en su línea luego no les interesa.
    Respecto a los residuos que se generen, al ser un proyecto de fusión y no de fisión desaparecerán en unos 100 años y pueden almacenarse en el Cabril (Córdoba). Misma problemática que en los residuos de los hospitales.

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