Cómo impedir que el plasma a 150 millones de ºC dañe el reactor

Si alguna vez un adjetivo ha sido tan apropiado, «titánico» lo es para describir al reactor de fusión nuclear experimental ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Este proyecto, dirigido por un consorcio internacional encabezado por Europa, se está construyendo en Cadarache, Francia. El tamaño colosal de la máquina es una de las razones por las que se le denomina así, pero los retos y la ambición que implica no son menores.

Dentro de su enorme cámara de vacío de acero inoxidable, que mide 29 x 29 metros, pesa 3.850 toneladas y abarca 16.000 m³, un potente campo magnético mantiene confinado un gas a temperaturas que superan los 150 millones de grados Celsius. Alcanzar estas temperaturas es crucial, ya que permiten que los núcleos de deuterio y tritio posean la energía cinética necesaria para superar su repulsión eléctrica natural.

La necesidad de alcanzar temperaturas tan extremas en la fusión nuclear es uno de sus grandes desafíos. En la Tierra, carecemos del intenso campo gravitacional que ayuda a las estrellas a mantener sus «hornos nucleares» activos. Con menor presión, se requiere mayor temperatura para recrear las condiciones necesarias que permitan las reacciones de fusión entre los núcleos de deuterio y tritio.

Tecnología avanzada para monitorear la temperatura

Los componentes más expuestos al calor extremo del plasma y a la acción de los neutrones de alta energía, que no pueden confinarse dentro del campo magnético, son los escudos de tungsteno que cubren el manto interior de la cámara de vacío y el divertor. Estos escudos soportan el bombardeo de neutrones de alta energía, transformando su energía cinética en calor. El agua que circula por el interior del divertor es responsable de liberar esta energía térmica y refrigerarlo.

El tungsteno ha sido elegido para los escudos debido a su capacidad para soportar altas temperaturas, con un punto de fusión de 3.422 grados Celsius. El divertor también purifica el plasma, extrayendo las cenizas y las impurezas que resultan de la reacción de fusión y la interacción del plasma con el manto. Durante la operación del reactor, es fundamental monitorear la temperatura de los componentes más expuestos al plasma.

Exceder los umbrales de temperatura en los escudos de tungsteno, el divertor o cualquier otro componente puede causar daños irreparables. Estos componentes, en una máquina de 23.000 toneladas, no son fáciles de reemplazar. Los ingenieros de ITER han logrado resolver este problema. En la foto de portada del artículo se muestra la máquina usada en las pruebas de ciclos térmicos al prototipo de un espejo en el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial de España, una de las instituciones que ha participado en el proyecto.

Para medir la temperatura de los componentes más expuestos, los ingenieros de ITER emplearán un sistema de visión de gran angular, que usa espejos de alta precisión para captar la luz visible e infrarroja del divertor y la pared principal de la cámara.

Este diseño permitirá medir en tiempo real la temperatura de todas las superficies, permitiendo a los operadores del reactor detectar sobrecalentamientos en cualquier componente y prevenir daños. Este sistema comprende 15 líneas de visión independientes ubicadas en cuatro posiciones diferentes dentro de la cámara, cubriendo así el 80% de las superficies internas. Impresionante.

Imagen | Fusion for Energy

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