El reactor experimental de fusió nuclear ja supera el 50% de la seva construcció

En la mateixa jornada, diverses empreses participants en el projecte van comentar les experiències, reptes, dificultats i lliçons apreses derivades de la participació en el progressiu assoliment de l’ITER.

Com a conseqüència de l’interès suscitat entre els assistents, d’alt contingut científic i tecnològic, es va plantejar la possibilitat de gestionar una visita a l’emplaçament on es construeix el reactor, a Cadarache, prop d’Ais de Provença. Tant la celebració de la jornada com la visita van comptar amb el suport i la col·laboració de Fusion for Energy (F4E), l’Agència Europea, dependent de ITER Organization, que gestiona la participació de la Unió Europea (UE) en el projecte pel que fa a l’enginyeria, la redacció d’especificacions i l’acoblament dels components que són de la seva responsabilitat. F4E també és la responsable de la coordinació entre els diferents països participants en el projecte i de garantir la compatibilitat tècnica, normativa i temporal del subministrament de components, que són responsabilitat de cadascun dels estats membres del projecte. Fusion for Energy, que compta amb més de 400 enginyers i tècnics d’alta qualificació, té la seu a Barcelona, a part d’una oficina a Cadarache. 

Donat que ITER és un dels projectes de recerca energètica més importants per dimensions, complexitat i pressupost de la UE, es va contactar amb la Representació Permanent de la Comissió i el Parlament Europeu a Barcelona. El seu director va valorar aquesta iniciativa i va cursar una invitació institucional als EIC, responsabilitzant-se dels temes d’organització i logística de la visita. Una tasca en la qual també va col·laborar l’oficina d’F4E a la capital catalana i a Cadarache.  

L’ITER dins del programa de fusió

En la primera part de la visita, que va tenir lloc el 15 d’octubre, el company Jesús Izquierdo, doctor en Enginyeria Industrial i adjunt al director del projecte, va exposar els principis teòrics de la fusió i el desenvolupament concret que se’n fa al projecte ITER. La fusió, com a procés destinat a la producció d’energia en forma d’electricitat, ha estat llargament envisionat i experimentat des dels començaments de l’ús de la tecnologia nuclear per a la producció d’energia. Els primers estudis i anàlisis daten dels anys cinquanta-seixanta. Actualment, hi ha en desenvolupament força projectes amb diferents tecnologies. Els més avançats es basen en:

1. La fusió per confinament magnètic (MCF) del plasma format per nuclis de deuteri i triti als quals se sotmet a elevadíssimes temperaturas (de 160 milions de graus centígrads) i amb una gran energia cinètica, per tal de que se superen les forces de dispersió causades per dos nuclis amb càrrega positiva i es provoqui una col·lisió formant un àtom d’heli alliberant grans quantitats d’energia.

2. La fusió per confinament inercial (ICF), que s’aconsegueix escalfant i comprimint una microesfera d’una mescla d’àtoms de deuteri i triti a una temperatura de 100 milions de graus centígrads i amb una densitat cent vegades superior a la del plom. Aquest efecte s’aconsegueix bombardejant l’esfera amb feixos làser d’altíssima potència per aconseguir que els nuclis de combustible s’escalfin i comprimeixin, un fet que en provoca la fusió. 

L’ITER, que pretén aconseguir la fusió mitjançant el primer procés, MCF, és el més gran i ambiciós projecte de recerca energètica que es desenvolupa mundialment avui dia.

Finançament i gestió

El desenvolupament de l’ITER es gestiona mitjançant un consorci internacional els membres del qual són la UE, que aporta el 45,6% del pressupost, i la Xina, l’Índia, el Japó, Corea del Sud, Rússia i els EUA, que aporten un 9,1% cadascun.

Els estats membres s’han compromès a construir i fer operativa la instal·lació experimental de Cadarache amb l’objectiu de demostrar la viabilitat de la fusió dels nuclis de deuteri i triti mantenint el plasma en situació estable durant un període de temps d’almenys 500 segons i amb un guany energètic Q>10, guarisme que relaciona l’energia aportada al procés (input) i la que se n’obté (output).

La reacció es realitza en un recinte de forma toroïdal amb un altíssim grau de buit en la qual el plasma es manté allunyat de les parets per confinament magnètic creat mitjançant bobines superconductores que generen camps magnètics d’intensitats superiors a 10 T. El conjunt es denomina reactor Tokamak.

Encara que en diferents països s’han desenvolupat o s’estan desenvolupant diverses iniciatives basades en el Tokamak, fins ara, la més interessant i que ostenta el rècord de funcionament és el projecte JET (Joint European Torus), situat a Anglaterra, que va aconseguir, l’any 1988, la fusió durant un temps inferior a 1 segon i un output de 16 MWt, essent necessari un input de 24 MW, és a dir, una     Q < 1. L’ITER, per la seva banda, està dissenyat per obtenir un output de 500 MWt d’energia de fusió a partir d’un input de 50 MW, és a dir, amb un guany Q > 10.

ITER no produirà energia elèctrica sinó només tèrmica. Una energia que serà dissipada a l’atmosfera a través dels circuits d’aigua de refrigeració que mantenen les parets del confinament magnètic (els anomenats blankets), a 80 ºC. ITER, una paraula que significa camí, és un pas més per arribar a la producció final d’energia elèctrica.

Característiques específiques

La instal·lació que s’està construint a Cadarache té unes característiques específiques que la diferencien d’altres iniciatives.

• Cadascun dels països participants en el projecte es compromet, de forma autònoma, a subministrar uns determinats equips o components. En alguns casos, poden concórrer dos o més països per fabricar un sol equip o component.

Aquest fet, al costat de les diferents idiosincràsies i normatives aplicables a cada país, representa una important dificultat afegida en la coordinació tècnica, normativa i de terminis de subministrament. 

De manera especial, la coordinació és crítica en el cas d’aquells equips que han de complir la regulació nuclear exigida per l’ASN.

• Les característiques dimensionals d’alguns components com les bobines poloïdals, amb diàmetres compresos entre 17 i 29 metres, destinades a generar els camps magnètics que confinen el plasma dins del recinte toroïdal i el criòstat, que és el vas d’acer inoxidable 316 que interiorment conté tots els components del reactor i garanteix les condicions de buit del reactor amb unes dimensions de 39 metres de diàmetre i 39 d’alçada. Aquestes dimensions obliguen a fabricar-los tots dos in situ, ja que resultaria impossible transportar-los des d’un potencial punt de fabricació aliè a l’emplaçament.

Les bobines poloïdals són un conjunt de sis bobines, de forma circular. Les quatre més grans es fabriquen a Cadarache mateix. Del subministrament se’n responsabilitza la UE, excepte en el cas de la primera bobina, de dimensions menors, que és responsabilitat de l’Índia i la sisena, de Rússia.

Aquests dos equipaments ja es troben en plena fase de fabricació, fet pel qual ha estat necessària la construcció de dues naus especials equipades amb les eines i les condicions idònies per a un equipament nuclear, al marge dels dispositius d’assajos i proves que en garanteixin la funcionalitat com a components nuclears. Criden l’atenció les dimensions d’aquests edificis i, sobretot, les característiques constructives.

Finalment, tots els components del reactor s’han de recepcionar, revisar i comprovar la idoneïtat de tota la documentació, classificar-los i emmagatzemar-los a l’emplaçament fins que arribi el moment d’assemblatge.

L’assemblatge es realitza en un edifici especial annex on hi ha situat el reactor Tokamak, amb el qual es comunica directament. L’espai té unes dimensions de més de 60 metres d’alçada i compta amb tres ponts-grua dels quals dos poden treballar de forma conjunta i carregar fins a 1.500 tones.

La part més important de la instal·lació és l’anomenat Tokamak Complex, un conjunt de tres edificis adossats de més de 400.000 tones: l’edifici del reactor, el de fabricació de triti i el de diagnòstic. Aquest conjunt té unes dimensions de 80x120x80 m. L’estructura de formigó, pràcticament acabada, té 16.000 t de barres de reforç i 150.000 m3 de formigó i 25.000TM d’acer estructural.

A més d’aquests edificis, el conjunt integra també els espais on hi ha situats el sistema d’escalfament de plasma mitjançant microones de baixa freqüència i alta potència, els sistemes de climatització HVAC, l’edifici de serveis, la planta criogènica per a la refrigeració de l’heli, l’edifici de control, etc.

Cal destacar que aquest conjunt d’edificis, a més del d’assemblatge, els està construint un consorci hispanofrancès, VFR, en el qual els principals participants són Ferrovial i la corporació francesa Vinci, entre d’altres. 

Està previst que la construcció de l’ITER acabi el quart trimestre de 2024. Durant el transcurs del 2025, es portaran a terme les proves preoperacionals i de llicenciament. Al quart trimestre d’aquell any, s’espera aconseguir el primer plasma.

Objectius del projecte ITER

a) Demostrar l’operació integrada de les tecnologies necessàries per aconseguir el funcionament d’un reactor de fusió. 

Els materials i equips hauran de treballar als seus límits físics. El plasma haurà d’aconseguir temperatures de 160 MºC i, en el mateix recinte, criòstat, les bobines electromagnètiques s’hauran de refrigerar amb heli líquid a 4 ºK. Alhora, els camps electromagnètics tindran una intensitat de 10 Teslas. 

b) Aconseguir un plasma de deuteri i triti en el qual es produeixi de forma sostinguda, estable i a través de l’escalfament intern, una reacció de fusió que generi una potència tèrmica de 500 MW.

c) Garantir el subministrament de triti per alimentar el plasma. Un triti que s’haurà de produir in situ ja que les possibilitats de subministrament exterior són insuficients per a les futures plantes de fusió.

d) Demostrar la seguretat del control del plasma i de les reaccions de fusió sense posar en risc les persones i el medi ambient.

Per les seves característiques, el reactor ITER ha estat classificat com a instal·lació nuclear de base. El 2012, es va aconseguir que el projecte fos aprovat i obtingués la llicència de construcció per part de l’Autoritat de Seguretat Nuclear (ASN) de França, la qual té les competències sobre les instal·lacions d’aquest tipus en territori francès. Aquest tràmit era imprescindible per continuar tirant endavant el projecte.

Autor 1:

José María García Casasnovas

President Comissió d'Energia dels EIC

Publicat: 09/11/2018

Etiquetes:ITER energia nuclear ciència tecnologia

Comparteix a
Mitja: 3 (2 votes)