Cuando hablamos de ITER, el reactor de fusión nuclear experimental que un consorcio internacional liderado por la Unión Europea está construyendo en Cadarache (Francia), el protagonismo suelen reclamarlo dos componentes de esta complejísima máquina: la cámara de vacío y los imanes superconductores. Estos dos eslabones merecen la atención que están recibiendo debido a que su complejidad y relevancia es indudable, pero hay otra pieza de este reactor que apenas está haciendo ruido, y también es esencial.
La construcción de la planta criogénica de ITER comenzó a mediados de 2016. Apenas un año más tarde el edificio en el que debía residir, que está alojado muy cerca del módulo que contiene el reactor de fusión, ya estaba listo, pero aún quedaba lo más delicado: poner a punto los equipos que debían responsabilizarse de la correcta refrigeración de los elementos de la máquina que están expuestos al mayor estrés térmico. Y, como estamos a punto de comprobar, es una responsabilidad crucial.
La planta criogénica de ITER es una de las mayores del planeta
Los principales equipos de este complejo ya están instalados. La organización que se encarga de la administración central de ITER se ha responsabilizado de poner a punto la planta de helio líquido; Europa se ha encargado de desarrollar la planta de nitrógeno líquido y los sistemas auxiliares; y, por último, India ha proporcionado las canalizaciones y los conductos que deben transportar los fluidos involucrados en la refrigeración desde la planta criogénica hasta el edificio en el que está alojado el reactor tokamak, que está situado a unos 100 metros de distancia.
Los equipos que se encargan de la refrigeración tienen un peso conjunto de unas 5.500 toneladas y están diseminados en una superficie de 5.400 metros cuadrados. Estas cifras nos ayudan a formarnos una idea bastante certera acerca de la envergadura de la planta criogénica de ITER, pero, sobre todo, reflejan de alguna forma lo importante que es su propósito. De hecho, como os hemos adelantado en el titular de este artículo, sin esta instalación es imposible que el reactor de fusión nuclear opere correctamente.
ITER es un gigantesco horno en el que se cocina un gas a una temperatura de al menos 150 millones de grados Celsius
Podemos imaginar ITER como un gigantesco horno en el que se cocina un gas que contiene núcleos de deuterio y tritio, que son los dos isótopos del hidrógeno involucrados en la reacción de fusión, a una temperatura de al menos 150 millones de grados Celsius. Esta temperatura es, sorprendentemente, diez veces más alta que la que se da de forma natural en el núcleo de la estrella que nos baña con su energía.
En cualquier caso, algunos de los equipos que se responsabilizan de mantener el plasma en el interior de la cámara de vacío del reactor tienen necesariamente que ser refrigerados con una estrategia extraordinariamente exigente, que, además, debe poder ser sostenida en el tiempo con el propósito de preservarlos a una temperatura similar a la del espacio. Como podemos intuir, llevarlo a cabo no es nada fácil. De hecho, involucra tecnologías muy avanzadas similares a las que podemos encontrar en los aceleradores de partículas más complejos, como el LHC.
Estas son las instalaciones en las que la empresa india INOXCVA ha puesto a punto los 5 km de conductos que transportan los fluidos criogénicos de ITER. El diámetro de estos tubos oscila entre los 25 mm que tienen los más finos y los 1.000 mm de los más gruesos.
Los imanes superconductores colocados en la parte exterior de la cámara de vacío tienen la responsabilidad de generar el campo magnético necesario para confinar el plasma en su interior. También se encargan de controlarlo y estabilizarlo. Estos imanes pesan 10.000 toneladas y están fabricados en una aleación de niobio y estaño, o niobio y titanio, que adquiere la superconductividad cuando se enfría con helio supercrítico hasta alcanzar una temperatura de -269 ºC. Este helio es, precisamente, uno de los fluidos que debe proporcionar la planta criogénica de ITER.
Por otro lado, las bombas que se responsabilizan de sostener en el interior del criostato el alto vacío necesario para que se den las condiciones requeridas para que se produzca la fusión de los núcleos de deuterio y tritio también tienen que ser mantenidas a -269 ºC. Un apunte: el criostato es una descomunal cámara de acero inoxidable de 29 x 29 metros que tiene un peso de 3.850 toneladas y un volumen de 16.000 m³.
Además, el escudo térmico que está expuesto a la interacción con el plasma a altísima temperatura debe ser mantenido a 80 kelvin (unos -193 ºC). Y, por último, algunos componentes de los equipos de diagnóstico también tienen que ser refrigerados de una forma muy agresiva. Los equipos criogénicos instalados en la planta de refrigeración de ITER tienen la enorme responsabilidad de mantener estos elementos del reactor a estas temperaturas extraordinariamente bajas. Y ya casi están listos. De hecho, durante el segundo semestre de 2023 los técnicos de ITER pondrán a prueba los dos equipos criogénicos que se encargan de enfriar el nitrógeno y los tres que refrigeran el helio.
Imágenes: ITER
Más información: ITER
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