Cómo España se ha convertido en actor clave para la fusión nuclear

España está en las etapas iniciales de convertirse en un referente mundial con su propia instalación científica. En septiembre de 2022, comenzaron las obras de construcción del IFMIF-DONES (International Fusion Materials Irradiation Facility DEMO-Oriented NEutron Source), un proyecto de gran envergadura asociado al ITER, el reactor de fusión experimental que se está levantando en Cadarache, Francia, gracias a un consorcio internacional liderado por Europa.

Este proyecto desempeñará un papel crucial en el camino hacia DEMO (DEMOnstration Power Plant), una futura planta que integrará los conocimientos obtenidos en ITER e IFMIF-DONES para mostrar la viabilidad de generar electricidad mediante reactores de fusión. Esta planta estará ubicada en Escúzar, Granada, y Moisés Weber, investigador del CIEMAT y Adjunto al Director de IFMIF-DONES España, es una de las personas más indicadas para hablar sobre el tema.

Con un doctorado en ingeniería industrial y casi 20 años de experiencia en fusión nuclear, Moisés ha desarrollado gran parte de su carrera en CIEMAT y ha tenido un rol destacado en LIPAc, un acelerador de partículas en Rokkasho, Japón, que se considera el precursor de IFMIF-DONES.

Nadie mejor que Moisés para profundizar en los avances de este proyecto, y como veréis, él puede aclarar muchas de las incertidumbres acerca de la fusión nuclear. Prepárense para un viaje informativo.

El papel crucial de IFMIF-DONES en la energía de fusión

¿Podrías explicar de manera sencilla cuál es el objetivo del proyecto IFMIF-DONES?

Los reactores de fusión manejan la reacción entre núcleos de deuterio y tritio, generando neutrones rápidos con una energía media superior a la de otros tipos de reactores. Sin embargo, estos neutrones no son extremadamente rápidos, situándose en un rango intermedio. Debido a su energía, causan daños únicos en los materiales del reactor, y actualmente no contamos con pruebas suficientes para validarlos para su uso en fusiones.

Yo digo que ITER responde a cómo hacer fusión, pero no resuelve qué materiales utilizar, ya que su ciclo de trabajo es breve. ITER generará daño material mucho menor comparado al que las verdaderas centrales de fusión provocarán. Por tanto, antes de construir una planta de fusión como DEMO, necesitamos una evaluación exhaustiva de la degradación material, y ahí entra IFMIF-DONES.

Los neutrones que producirá serán similares a los de fusión, necesarios para observar su impacto en los materiales del reactor. Su gran volumen permitirá probar materiales a un ritmo acelerado.

¿Cuál es la situación actual de la candidatura de Granada para IFMIF-DONES? ¿Existe una decisión definitiva que respalde la propuesta española frente a la competencia de Japón?

Los países que desarrollan la tecnología de fusión, mayormente los involucrados en ITER, acordaron la necesidad de un proyecto de irradiación de materiales a comienzos del siglo XXI. Europa presentó tres candidatos: España, Croacia y Polonia, pero solo los dos primeros hicieron propuestas firmes, alcanzando un acuerdo para presentar una sola candidatura conjunta. La propuesta europea firme desde 2018 es Granada, con reuniones en curso para incluir la participación de Japón.

El conflicto entre Occidente y Rusia, ¿podría retrasar la fusión nuclear?

Si bien no se prevé un retraso significativo, el conflicto complica la colaboración. No obstante, el desarrollo de energía alternativa sigue siendo prioritario, especialmente para Europa y Japón.

Una referencia mundial en España

The project’s milestone indicates commercial nuclear fusion will arrive in the 2060s. What is IFMIF-DONES’s timeline?

The plan is to begin consistent irradiation by 2033, with initial results by 2035, contributing periodically to DEMO’s design phase. A second accelerator may be developed a decade later, extending the irradiation program with double neutron flux.

In Granada, about 15 people work directly, but in Spain, approximately 150, including collaborations with institutions like CIEMAT and the University of Granada, as well as companies. Internationally, around 300 more are involved, predominantly Spanish and expected to remain so.

Responsibly demonstration that materials can be utilized for DEMO’s construction is crucial. IFMIF-DONES will constantly deliver findings from various experiments during the reactor’s design phase.

Tackling challenges in ITER and IFMIF-DONES

What are the main challenges researchers in IFMIF-DONES face?

Managing high-energy neutron impacts on materials is paramount, focusing on the divertor and the reactor’s inner wall, both directly exposed. This is where IFMIF-DONES is vital, alongside control challenges, exampled by stabilizing plasma with AI and faster control systems.

Meanwhile, producing tritium, a critical component absent in nature, ideally within the reactor, remains complex. Additionally, maintaining energy efficiency by preventing high-energy particles from escaping exceeds past experimental capabilities, necessitating larger reactors, such as ITER, for effective energy retention.

How might IFMIF-DONES’s findings apply beyond DEMO?

IFMIF-DONES is pioneering anti-radiation material science, producing powerful neutron sources for disciplines like medicine, studying tissue neutron impacts, and potentially advancing hadron therapy to treat certain tumors. Additionally, it provides a platform for nuclear physics and industrial material testing.

Alternative paths and the future of fusion

Several entities, like the MIT and TAE Technologies, are exploring fusion alternatives to ITER. What is your take on these endeavors?

2022 marks a turning point in nuclear fusion. Private initiatives are fostering a renewed focus on fusion, promoting substantial investment and innovation, driving competition beneficial to the sector. Complementing public programs and recognizing fusion as energy, not just science, necessitates energy-sector investment levels.

Will nuclear fusion finally become a reality, or is it still elusive?

We are nearing tangible milestones, evidenced by JET’s achievements. While technological setbacks might occur, the current landscape is promising, integrating private investment with public advances to adhere to, if not accelerate, EUROfusion’s timeline.

*Una versión anterior de este artículo se publicó en diciembre de 2023