Europa y Japón se enfrentan juntos a uno de los mayores retos de la fusión nuclear: la irradiación de materiales

Uno de los mayores desafíos a los que se enfrentan los técnicos que están involucrados en la puesta a punto de los reactores de fusión nuclear mediante confinamiento magnético, como ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), consiste en recrear en el interior de la cámara de vacío de estas sofisticadas máquinas las condiciones necesarias para que los núcleos de deuterio y tritio se fusionen.

Sin embargo, esto no es ni mucho menos todo. Cuando esta reacción tiene lugar la fusión de un núcleo de deuterio y otro de tritio 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 en la práctica estará estrechamente vinculada a la producción de energía eléctrica en los reactores de fusión nuclear, pero, al mismo tiempo, representa una forma de radiación muy agresiva que puede degradar sensiblemente los materiales utilizados en el reactor.

Europa y Japón siguen fortaleciendo su alianza

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. Este es el motivo por el que 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.

Este es, ni más ni menos, el propósito de IFMIF-DONES (International Fusion Materials Irradiation Facility DEMO-Oriented NEutron Source), el laboratorio que en estos momentos está siendo construido en la localidad granadina de Escúzar. Estas instalaciones incorporarán un acelerador de partículas lineal que ejercerá como una fuente capaz de producir neutrones de alta energía. Esta máquina está ideada para someter a los materiales candidatos a ser utilizados en los futuros reactores de fusión nuclear, como ITER o DEMO, a unas condiciones de irradiación muy similares a las que tendrían que soportar en estas máquinas. El problema es que IFMIF-DONES no estará listo para irradiar hasta 2033, y los primeros datos no llegarán presumiblemente hasta 2035.

Afortunadamente Europa y Japón se han dado cuenta de que es posible amenizar la espera. Como hemos visto, uno de los mayores desafíos que implica el desarrollo de un reactor de fusión nuclear con ambición comercial consiste en encontrar los materiales idóneos para permitir que el manto soporte la interacción de los neutrones de alta energía. Sin embargo, esos materiales también tienen que favorecer la regeneración del tritio utilizado como combustible junto al deuterio. Los neutrones liberados en la reacción de fusión interactúan con el litio del manto y generan tritio, de manera que es necesario procesarlo e inyectarlo de nuevo en la cámara de vacío del reactor para sostener la reacción a lo largo del tiempo.

Europa y Japón trabajan juntos en esta área de investigación desde 2007 a través del Centro Internacional de Investigación en Energía de Fusión (IFERC). El principal contribuyente europeo es EUROfusion, una institución que coordina varios laboratorios que ya están entregando datos muy importantes en el ámbito del desarrollo de nuevos materiales para reactores de fusión.

Uno de ellos es el centro de investigación belga SCK CEN, que tiene un reactor experimental conocido como BR2 capaz de irradiar materiales exponiéndolos a neutrones de alta energía. Otro reactor experimental que también está capacitado para llevar a cabo estos tests de irradiación es el WWR-K alojado en el Instituto de Física Nuclear de Kazajistán. Estos y otros experimentos son importantes debido a que están afianzando las condiciones en las que se llevarán a cabo las pruebas de irradiación de IFMIF-DONES.

Imagen | SCK CEN - EUROfusion

Más información | EUROfusion

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