ITER: donde la ciencia y la construcción se encuentran con el futuro

Vista aérea del sitio de 180 hectáreas del proyecto del Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER) Foto: ITER

Pero antes de que eso ocurra, se debe completar un proyecto de construcción grande y complejo que, como ocurre con la mayoría de los megaproyectos, supera el presupuesto y sufre retrasos.

El proyecto es el ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional) y se está construyendo en Provenza, en el sureste de Francia. La construcción del proyecto comenzó en 2010 y se estima que estará terminado en 2018. Ahora bien, es poco probable que el reactor esté operativo antes de 2030.

Sin embargo, las raíces del ITER se remontan a mucho antes. Dada la situación geopolítica actual, parece difícil creer que fuera un proyecto conjunto, creado en 1986, por el presidente estadounidense Ronald Reagan y el secretario general soviético Mijail Gorbachov.

Ambos afirmaron que el proyecto debería llevarse a cabo “…para el beneficio de toda la humanidad”. Si finalmente logra su misión de generar un rendimiento diez veces mayor de la energía consumida (es decir, 500 MW de energía de fusión generada por 50 MW de energía térmica consumida), habrá demostrado el potencial de la fusión para revolucionar por completo el panorama energético mundial.

El ITER hoy

Visitar el proyecto ITER es una experiencia muy diferente a realizar un recorrido por una central nuclear más tradicional.

No es tanto la nueva ciencia que salta a la vista –aunque sin duda se trata de una ciencia de vanguardia– sino más bien la sensación de que la instalación es una aldea global.

Sin duda, es un ejemplo de cómo se pueden superar las fronteras nacionales. Las oficinas, pasillos y cafeterías de planta abierta de la instalación están repletos de científicos de todo el mundo que debaten las mejores prácticas y los próximos pasos para la obtención de energía a partir de la fusión nuclear.

Además, el ITER ocupa una superficie de 180 hectáreas, por lo que resulta difícil asimilar el hecho de que se trata de una mera instalación experimental. Sin duda, parece como si aquí estuviera sucediendo algo que cambiaría el mundo.

El tokamak

La reparación del bisel del recipiente de vacío se llevará a cabo en el sitio ITER por un consorcio llamado SIMANN que comprende las empresas italianas SIMIC y Ansaldo Nucleare. Foto: ITER

En el corazón del ITER se encuentra el reactor tokamak, que albergará las mismas reacciones de fusión que tienen lugar en el centro del Sol.

El reactor utilizará imanes increíblemente grandes para confinar el plasma giratorio sobrecalentado.

El plasma alcanzará unos asombrosos 150 millones de grados Celsius (al menos diez veces más caliente que el Sol) y, mientras gira, los átomos de deuterio y tritio que contiene colisionarán, provocando que sus núcleos se fusionen.

La energía creada a partir de esta fusión es mucho mayor que la división de átomos que tiene lugar en los reactores nucleares actuales.

Otra ventaja de la fusión es que es mucho más limpia que la fisión y mucho menos peligrosa. Si bien el proceso genera desechos radiactivos, tiene una vida media peligrosa de solo 12,3 años.

Desde una perspectiva de seguridad, las reacciones dentro del tokamak dependen del suministro continuo de combustible, por lo que si por alguna razón se retira el suministro de energía, la máquina simplemente "se apaga".

El propósito del proyecto, por supuesto, es probar la ciencia a escala y solo una vez hecho eso podrá comenzar el trabajo para establecer la fusión nuclear como una fuente de energía realista para el futuro.

Y ahí, como dicen, está el problema.

Como dice la responsable de comunicaciones del ITER, Sabina Griffith: "El tamaño importa en la fusión. Es necesario tener un cierto volumen; una cantidad determinada de moléculas y átomos allí [el Tokamak], para tener suficientes reacciones para crear una gran cantidad de electricidad y calor.

“ITER es el proyecto que tiene que demostrar que podemos hacerlo a escala industrial”.

En pocas palabras, el objetivo del ITER es generar 500 MW de potencia térmica durante una hora.

Una vez que se logre eso, comenzará verdaderamente la carrera –en todo el mundo– para cambiar la cara de la energía global y posiblemente ayudar a alejar al planeta del borde de una catástrofe climática.

No siempre es un camino de rosas

La naturaleza de la configuración del ITER debería significar que no hay necesidad de generar entusiasmo internacional acerca de la fusión nuclear: 35 naciones ya están involucradas emocionalmente (y financieramente).

Lamentablemente, si bien el ITER es una enorme colaboración global, su configuración igualitaria puede haber obstaculizado en ocasiones su progreso.

Los controles y equilibrios, por ejemplo, toman tiempo tanto en su implementación como en su ratificación, especialmente cuando se fabrican componentes de precisión en tantos países diferentes.

Los desafíos del proceso de construcción quedaron un tanto expuestos durante la pandemia de Covid, cuando se volvió exponencialmente más difícil enviar científicos e ingenieros a todo el mundo para realizar controles de calidad.

A finales de 2022, se anunció que se habían detectado defectos en los escudos térmicos fabricados durante la pandemia de COVID-19. Estos escudos aislarán los imanes superconductores superfríos del plasma supercaliente dentro del tokamak.

La metrología interviene en cada paso del montaje de las máquinas del ITER, incluidos los trabajos de reparación que se están llevando a cabo en los componentes críticos. El tamaño de los segmentos del escudo térmico, que miden unos 15 metros por 10 metros de superficie, es uno de los retos para los metrólogos, que les obliga a tomar observaciones láser desde múltiples ubicaciones de los instrumentos. Foto: ITER

Se encontraron grietas en las tuberías térmicas; grietas tan pequeñas que tuvieron que ser identificadas mediante tomografía de rayos X, desarrollada en colaboración con ingenieros de investigación del CERN en Suiza.

Al final, hubo que sustituir unos 23 kilómetros de tuberías. Los responsables del ITER advirtieron de que las consecuencias "no serían insignificantes" y todavía se desconocen todas las consecuencias en términos de la entrega del ITER.

Construyendo el sol en la tierra

La buena noticia es que los desafíos y los reveses son, hasta cierto punto, uno de los beneficios del ITER como reactor experimental.

En aquel momento, el director general del ITER, Pietro Barabaschi, dijo: “Los conocimientos que estamos adquiriendo al manejar los componentes pioneros del ITER servirán a otros cuando lancen sus propios proyectos de fusión”.

También es justo decir que, cuando un proyecto implica la instalación de más de un millón de componentes, habrá uno o dos obstáculos en el camino.

La responsable de comunicación del ITER, Sabina Griffith, también ha tenido que explicar en numerosas ocasiones por qué se está tardando tanto en construir el reactor.

Ella dice: “Estos son componentes únicos; nadie ha hecho esto antes.

“Realmente estamos jugando con las fuerzas de la madre naturaleza, por lo que tenemos que hacer todo con el mayor cuidado”.

Además de la atención al detalle necesaria para garantizar el éxito del ITER, existen, por supuesto, los problemas logísticos que conlleva cualquier proyecto multinacional de este tipo.

Al ITER llegan constantemente componentes de todo el mundo, y Griffith describe un componente en particular que debe manipularse con el máximo cuidado.

“El solenoide central, que es el gran imán que está en el centro de la máquina, estará formado por seis módulos; tres ya están aquí y faltan tres más”, explica.

“El superconductor viene de Japón; se enviará a San Diego, a General Atomics, y ellos lo convertirán en el imán”.

Griffith concluye: “Este será el imán más potente que la humanidad haya construido jamás. Con una fuerza [de campo magnético] de más de 12 Tesla.

“Tiene la energía almacenada para levantar dos portaaviones… Debe atornillarse con mucho cuidado”.

Para el oído inexperto, esto podría parecer un eufemismo.

Precisión de siguiente nivel

Uno de los ingenieros que será responsable de supervisar gran parte del proceso de ensamblaje del ITER es Laure Navarro.

Desde que se unió al proyecto, unos 3 meses antes de que comenzaran a implementarse los confinamientos por Covid en toda Europa, dice que la curva de aprendizaje de la construcción ha sido pronunciada, por decir lo menos.

“A veces tenemos tolerancias de menos de 1 cm para colocar un componente enorme”, afirma. “Son cosas que requieren metrología y en el ITER contamos con muchos expertos en metrología.

“Por tanto, el posicionamiento de las cosas en el espacio es muy preciso y se requiere mucha tecnología para integrar todo”.

Como afirmó Griffith, en la construcción del ITER hay muchos componentes nunca vistos hasta ahora. Muchos de ellos plantearán desafíos únicos de elevación y maniobra, no solo por su gran tamaño y peso, sino por sus centros de gravedad poco ortodoxos.

Navarro dice: “El elemento individual más grande que pusimos en el tokamak fue un elevador en 2020… eran 1250 toneladas, en una sola pieza.

“En la nave de montaje contamos con enormes grúas puente de 1500 toneladas. Son las que levantan y desplazan los componentes más grandes.

“Aprendimos mucho la primera vez que usamos la grúa con un componente real… sobre sus capacidades, en términos de precisión y velocidad y qué esperar como duración estándar para una elevación.

“Ese primer levantamiento duró en realidad 20 horas en total, por lo que nos ayudó mucho a comprender cómo reacciona la grúa.

Herramientas para el trabajo

“En el elevador del módulo sectorial, que no era tan pesado pero sí crítico, también fue muy interesante, porque tienes dos centros de gravedad [en el componente], por lo que necesitas poder monitorear los espacios entre las dos carcasas e integrarlos.

“Seguro que cada vez que aprendes.”

Navarro añade: “Nosotros y los contratistas hemos desarrollado herramientas diseñadas específicamente para la construcción del ITER. De hecho, tenemos más herramientas diseñadas específicamente para el propósito que las herramientas habituales para el montaje del tokamak”.

Navarro describe la máquina como “un Lego gigante” y resta importancia a los desafíos de ingeniería que supone mover componentes enormes a posiciones con una precisión crítica.

“Disponemos de multitud de herramientas de movilización en 3D que nos muestran cómo debemos montarlo”, afirma.

“Utilizamos escáneres láser que ayudan a posicionar los objetivos y tenemos sensores para medir los espacios”.

Pero añade que “es bueno tener un vídeo 3D colorido, pero cuando ves los componentes en la realidad y tienes que moverlos, es otra cosa”.

“A veces, lo que funciona es la experiencia práctica y pragmática; a veces, basta con tener una línea vertical con gravedad”.

Es bueno saber que, incluso cuando los humanos intentan construir un nuevo sol, hay espacio para una plomada.

Tenemos que esperar que no haya más obstáculos importantes en el camino del ITER y que demuestre la eficacia de la ciencia de la fusión para generar energía.

Será el primer reactor que produzca más calor del que consume y podría abrir el camino hacia una energía limpia y segura durante miles, si no millones de años.

El ITER en la Cumbre de Tecnología de la Construcción 2024 La ingeniera nuclear Laure Navarro. Foto: ITER Laure Navarro, la ingeniera nuclear citada en este artículo, hablará en la Cumbre de Tecnología de la Construcción, que se celebrará en Austin, Texas, el 19 de marzo. Ofrecerá puntos de vista sobre la ciencia que se lleva a cabo en ITER, así como sobre la tecnología de construcción de vanguardia que se utiliza para instalar más de un millón de componentes en las instalaciones. Para registrarse para el evento, visite www.ct-summit.com

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