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Una maravilla en reactor nuclear de fusión: ITER un invento impresionante en ingeniería
El ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional) es una de las empresas más complejas y orientadas a objetivos a las que se enfrenta la humanidad.
Su motivación es reflejar los ciclos que permiten a las estrellas obtener energía entrelazando los núcleos de su combustible, que se compone de alrededor de un 70% de protio, que es el isótopo del hidrógeno que necesita neutrones y que, de este modo, solo tiene un único protón y un electrón; de entre un 24 y un 26% de helio, y de entre un 4 y un 6% de componentes sintéticos más pesados que el helio.
La cuestión es que imitar las medidas de combinación atómica que se dan normalmente en los núcleos de las estrellas es difícil.
Es más, es difícil, entre otras muchas razones, porque no contamos con un aliado realmente importante que facilita mucho las cosas a las estrellas: la represión gravitatoria.
Su masa es excesivamente colosal, de modo que la gravedad se las ingenia para empaquetar los gases del centro celeste lo suficiente como para reproducir normalmente las condiciones en las que los núcleos de hidrógeno comienzan a combinarse inesperadamente. Esta es la manera en que las estrellas obtienen su energía.
Una prueba como esta requiere un arreglo decente, y nosotros lo tenemos.
En la Tierra no podemos reproducir esas condiciones equivalentes, ya que no tenemos la información ni la innovación para controlar los campos gravitatorios.
Nada parece demostrar que algo así sea concebible más adelante, por no hablar de que realmente querremos producir un campo gravitatorio realmente cercano al de una estrella.
En consecuencia, para desencadenar la combinación atómica debemos elegir la opción de calentar el combustible en nuestros reactores hasta que llegue a una temperatura de entre 150 y 300 millones de grados centígrados, que, curiosamente, es varias veces superior a la del centro del Sol.
Solo así los núcleos de deuterio y tritio, los isótopos del hidrógeno que utilizamos como combustible, pueden obtener la energía motriz que se espera para vencer su aversión y cableado normales.
Este es el objetivo del ITER
Suministrar 500 megavatios durante no menos de 500 s utilizando solo 1 g de tritio como componente del combustible y, posteriormente, poner en marcha el reactor con unos 50 megavatios de energía.
El reactor de combinación atómica ITER ha sido concebido para demostrar que la combinación atómica a la escala que el hombre puede abordar funciona. Y, además, que es económicamente rentable desde el punto de vista energético, ya que crea más energía de la que necesita aportar para iniciar la interacción.
Planea entregar alrededor de 500 megavatios de fuerza durante no menos de 500 segundos utilizando solo 1 gramo de tritio como característica del combustible y posteriormente a poner alrededor de 50 megavatios de energía en tocar el reactor de combinación.
La máquina creada por un consorcio mundial en Cadarache, Francia, es extraordinariamente alucinante. De hecho, es de suponer que solo los localizadores de moléculas del CERN rivalizan con el reactor atómico combinado del ITER en cuanto a complejidad de diseño.
Una empresa de esta envergadura solo es concebible si se reúnen los activos de las fuerzas más importantes del mundo, lo que ha llevado a China, Japón, Rusia, la Unión Europea, Estados Unidos, India y Corea del Sur a unirse para hacer realidad la asombrosa máquina en la que nos vamos a sumergir.
El núcleo del ITER es su reactor Tokamak. Este plan fue considerado durante la década de 1950 por los físicos soviéticos Igor Yevgenyevich Tamm y Andrei Sakharov, lo que nos advierte que hemos estado tratando con la combinación atómica, esencialmente de acuerdo a una perspectiva hipotética, desde hace apenas unos setenta años.
El elemento característico de los reactores Tokamak que permite a cualquiera reconocer uno inicialmente es su forma de donut.
La decisión de este cálculo, como podemos intuir, no es involuntaria; reacciona a la necesidad de limitar el combustible asombrosamente caliente (en estado de plasma) en su interior para reproducir las condiciones esenciales para que se produzcan respuestas de combinación controladas.
Todo en el ITER es enorme. Su complejidad, pero además sus números. Cuando esté terminado, medirá no menos de 23.000 toneladas.
Información adicional impresionante
El barrido de la parte del "donut" en el que se aglutina el plasma estima 6,2 metros, y el volumen de la cámara de vacío que contiene el combustible a la inmensa temperatura a la que me refería en los pasajes primarios del producto es de 840 m3.
Este es el mayor reactor Tokamak que la humanidad ha fabricado hasta ahora, y potencialmente será superado simplemente por el DEMO, cuyo desarrollo, según el calendario establecido por EUROfusion, debería estar terminado antes de finalizar la siguiente década.
El criostato
Esta parte es una enorme cámara de acero tratado que mide 29 x 29 metros, pesa 3.850 toneladas y tiene un volumen de 16.000 m3.
Es responsable de proporcionar el alto vacío importante para crear las condiciones dentro de la cámara para la combinación de los núcleos de deuterio y tritio que componen el plasma de alta temperatura.
El criostato también es responsable de mantener el clima superfrío vital para los imanes superconductores, que se examinarán más adelante.
Un par de los múltiples cientos de aberturas que se pueden ver en su superficie en forma de tubo se utilizan para completar las tareas de mantenimiento, pero la gran mayoría de ellos se utilizan para llegar a la estructura de refrigeración, el equipo de análisis o la cubierta que cubre dentro del reactor, entre diferentes aplicaciones.
La cámara de vacío
Al igual que el criostato, esta cámara de 8.000 toneladas está hecha de acero templado, aunque también contiene una modesta cantidad de boro (alrededor del 2%).
En su interior se produce la combinación de los núcleos de deuterio y tritio, por lo que una de sus capacidades más significativas es la de servir de primer obstáculo de regulación para las radiaciones persistentes que probablemente no serán retenidas por la cubierta, parte esencial que se examinará algo más adelante.
La cámara de vacío está fijada de forma hermética, y en su interior se produce el alto vacío importante para que se produzca la combinación de los núcleos de plasma.
Su forma toroidal contribuye al ajuste del gas, por lo que los núcleos giran a gran velocidad alrededor de la abertura focal de la cámara, aunque sin entrar nunca en contacto con los divisores del toro.
La temperatura a la que se oprime esta cámara es extremadamente alta, por lo que es importante presentar agua circulante en un compartimento entre sus divisores internos y externos para enfriarla y evitar que llegue a su mayor límite de temperatura.
Los imanes
Los imanes superconductores colocados en el exterior de la cámara de vacío son los responsables de producir el campo de atracción que se espera para aglutinar el plasma en su interior.
También son responsables de controlar y asentar el plasma para evitar que entre en contacto con las paredes del compartimento. Estos imanes pesan 10.000 toneladas y están hechos de un compuesto de niobio y estaño, o de niobio y titanio, que adquiere superconductividad cuando se enfría con helio supercrítico a una temperatura de - 269 ºC.
La construcción que se puede ver sobre esta sección es el núcleo del atractivo motor del ITER. Su forma redonda y hueca permite colocar este solenoide superconductor dentro de la abertura focal de la cámara de vacío, provocando así un gigantesco flujo eléctrico en el plasma.
Además, este imán excepcionalmente increíble se utiliza para mejorar el estado del plasma, asentarlo y, además, ayuda a calentarlo gracias a un instrumento conocido como impacto Joule, ayudando a elevar su temperatura por encima de los 150 millones de grados centígrados esenciales para que se produzca la respuesta de combinación atómica. Tiene 18 metros de altura, una medida de 4 metros y un peso de 1.000 toneladas.
El desviador
Está hecho de acero tratado, a pesar de que funde salvaguardas de tungsteno que son responsables de soportar el asalto de los neutrones de alta energía del plasma, cambiando su energía motriz en calor.
El agua que circula por el interior del desviador es la responsable de suministrar esta energía nuclear y de refrigerar el desviador. Se eligió el tungsteno para ajustar las protecciones presentadas al plasma, ya que es el metal con el punto de reblandecimiento más notable: no menos de 3.422 °C. Además, el desviador es responsable de refinar el plasma, permitiendo la expulsión de los residuos y contaminaciones que se producen por la respuesta de la combinación atómica y la comunicación del plasma con la capa más descubierta del manto.
El manto ("cubierta")
La construcción que podemos encontrar en esta imagen es la cubierta que se alinea dentro de la cámara de vacío del reactor. Es una parte básica que está en el filo de la navaja, ya que se presenta al efecto inmediato de los neutrones de gran energía que se producen por la combinación de los núcleos de deuterio y tritio.
Además, se utilizará para recuperar el tritio que debe utilizarse como combustible. Para ello, es importante cubrir la capa interior del manto con litio, un componente sintético que permite obtener núcleos de tritio cuando los núcleos de litio son golpeados por neutrones de alta energía.
La energía dinámica de los neutrones se transforma en energía nuclear al impactar con el manto, y, una vez más, el agua del marco de refrigeración es responsable de vaciar este calor, que será utilizado por las plantas de fuerza para suministrar energía a través de un sistema básicamente igual al utilizado por las estaciones de energía térmica de división de momento.
Una última nota fascinante para terminar el artículo: el componente de la sustancia que formará la capa más superficial del manto es el berilio, ya que sus propiedades fisicoquímicas le permiten soportar la presión forzada por el efecto de los neutrones mejor que otros metales.
Las capas más profundas del manto son el cobre y el acero tratado, aunque los componentes utilizados para fabricar tanto el manto como el desviador de las cosas por venir del reactor DEMO podrían cambiar si los especialistas asociados al proyecto IFMIF-DONES descubren materiales preparados para soportar mejor la apertura inmediata al plasma a la que están sometidas estas piezas.
