Análisis en Eficiencia Energética Proyecto ITER

1. 1 © 2019 by ASME
13 de mayo del 2024, Latacunga, Cotopaxi, Ecuador
PROYECTO ITER.
Ortega Còrdova Luis jairo
luis.cordova5341@utc.edu.ec
Facultad de Ciencias de la Ingeniería y Aplicadas, Ingeniería en Electromecánica
Universidad Técnica de Cotopaxi, Latacunga, Ecuador
ABSTRACT
The ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)
Project is an international collaboration to build and operate the
world's largest nuclear fusion reactor. Nuclear fusion is a form
of energy in which two light atoms join together to form a heavier
one, releasing a large amount of energy in the process, similar
to what happens in the sun.
Keywords: International Thermonuclear Experimental
Reactor, nuclear fusion reactor, Atoms and Energy.
.
1. INTRODUCCIÓN
ITER tiene como objetivo demostrar la viabilidad técnica y
científica de la fusión nuclear como una fuente de energía limpia
y prácticamente ilimitada. La idea es replicar las reacciones de
fusión que tienen lugar en el sol y en las estrellas para generar
energía aquí en la Tierra. Está ubicado en Cadarache, en el sur
de Francia, y es financiado y llevado a cabo por una asociación
de siete socios: la Unión Europea, los Estados Unidos, Rusia,
China, Japón, Corea del Sur e India utiliza una tecnología
llamada "confinamiento magnético", en la que un potente campo
magnético mantiene confinado el plasma de gas a altas
temperaturas para permitir que las reacciones de fusión ocurran.
Se espera que ITER produzca al menos 500 megavatios de
potencia durante largos períodos de tiempo, lo que sería un hito
crucial en el camino hacia la eventual construcción de plantas de
energía de fusión comercialmente viables [1].
2. DEFINICIÓN DEL ITER
ITER es un proyecto de colaboración internacional para el
desarrollo de la fusión nuclear en el que están trabajando
científicos e ingenieros de Canadá, Europa, Japón y Rusia. Su
misión es demostrar la viabilidad científica y tecnológica de la
energía de fusión para fines pacíficos. Será el primer dispositivo
de fusión que produzca energía térmica a nivel de una central
eléctrica. Constituirá el mayor avance para el progreso de ciencia
y la tecnología de fusión. Además será el elemento clave en la
estrategia para conseguir demostrar la viabilidad de una planta
de generación eléctrica en un solo paso experimental.
ITER es un reactor de fusión basado en el “tokamak”:
configuración magnética toroidal (con forma de donut) en la cual
se crean y se mantienen las condiciones adecuadas para que
tengan lugar reacciones de fusión controladas. La planta
completa del ITER está compuesta por el tokamak, sus
instalaciones auxiliares y las instalaciones de soporte de la
planta. En el ITER unas bobinas magnéticas superconductoras
situadas alrededor del recipiente toroidal confinan y controlan
una mezcla de partículas cargadas con el plasma e inducen una
corriente eléctrica a través de ella. Las reacciones de fusión
tienen lugar cuando el plasma está suficientemente caliente, es
suficientemente denso y contiene durante suficiente tiempo los
núcleos atómicos en el plasma para que empiecen a fusionar.
Para conseguir sus objetivos el ITER será mucho más grande que
el mayor tokamak existente y su rendimiento de fusión esperado
será varias veces mayor [2].
La fusión nuclear se produce cuando dos núcleos de elementos
ligeros (como el hidrógeno) se fusionan para dar lugar a
elementos pesados, desprendiendo una enorme cantidad de
energía. Para que los núcleos fusionen son necesarias
condiciones de muy alta temperatura y de muy alta presión. Los
combustibles que se van a usar son el deuterio y el tritio (dos
isótopos del hidrógeno). El deuterio se produce naturalmente en
el agua del mar. El tritio no se produce naturalmente, pero puede
ser generado en un sistema de fusión cuando el elemento ligero,
litio, absorbe los neutrones producidos en la reacción de fusion,
siendo los recursos mundiales de litio son abundantes.
A continuación se describen los componentes más significativos
del proyecto ITER desde el punto de vista de ingeniería.
Las bobinas superconductoras del campo toroidal TF confinan y
estabilizan el campo magnético toroidal. El número de bobinas
TF es 18, cada una pesa aproximadamente 290 t y mide 14 m de
alto y 9 m de ancho.
El material superconductor de las bobinas lo forman láminas
radiales de Nb3Sn envueltas en acero inoxidable (SS).
El campo magnético máximo en el superconductor es de 11.8 T
(CS). El solenoide central superconductor induce la corriente
eléctrica en el plasma del ITER. La bobina del solenoide pesa
aproximadamente 840 t y mide 12 m de alto y 4 m de diámetro.

2. 2 © 2019 by ASME
El material superconductor de la bobina es Nb3Sn. La estructura
está segmentada en seis módulos independientes. El campo
magnético máximo en el superconductor es de 13.5 T.Las
bobinas superconductoras del campo polidal PF posicionan y
conforman el plasma del ITER. El número de bobinas PF es 6.
El material superconductor de las bobinas está formado por NbTi
metido en conductos cuadrados de SS. El campo magnético
máximo en el superconductor es de 6.0 T.El recipiente de vacío
proporciona un límite de alto vacío para el plasma y la primera
línea de confinamiento contra las pérdidas radioactivas dentro
del recipiente. Está dividida en 9 sectores. Los materiales que
componen la estructura son aceros inoxidables SS 316 LN, SS
304 con 2% de armazón de boro y SS 430. Se trata de una
estructura soldada, con una capa protectora de pared doble. La
anchura media de la estructura está entre 0.3 y 0.8 m. La
temperatura normal de operación está en un margen de 120-
200ºC.- Blanket (421 módulos). Las funciones del Blanket son
principalmente tres: eliminar la energía del neutrón y de las
partículas generada por el plasma, proporcionar protección a la
estructura del vacuum vessel y a las bobinas superconductoras,
y contribuir a la estabilización pasiva del plasma. El Blanket está
constituido por varios módulos reemplazables. Estos módulos se
encuentran unidos al vessel. El Blanket está hecho de una
combinación de una aleación de cobre (para difundir el calor al
refrigerante), acero inoxidable (para la estructura) y berilio
(como armadura del plasma). El refrigerante que se utiliza es
agua, con una temperatura entre 100 y 240ºC y una presión entre
3.0 y 5.7 Mpa. - Divertor (54 cassettes): El Divertor descarga el
flujo de energía de las partículas cargadas producidas en las
reacciones de fusión y elimina el Helio y otras impurezas
resultantes de las reacciones, y de la interacción de las partículas
del plasma con las paredes del material. El Divertor consta de 54
módulos (cassettes reemplazables) y está situado en la parte
inferior del Vacuum Vessel. El refrigerante que se utiliza es agua,
con una temperatura entre 100 y 240ºC y una presión entre 4.3 y
4.5 Mpa.- Cryostat. El criostato mantiene a los imanes aislados
térmicamente y sirve de segunda barrera de confinamiento
después del Vacuum Vessel. La estructura consta de una sección
cilíndrica unida a los cabezales superiores e inferiores. Las
dimensiones máximas del criostato son 28 m de diámetro y 24 m
de longitud. La anchura de sus paredes es de 50 mm. El material
del que está formado es acero inoxidable SS 304L. El sistema de
refrigeración de agua del tokamak elimina el calor depositado
por los neutrones y por la radiación en los materiales que rodean
el plasma. El calor desprendido en el tokamak durante la
operación de pulsado nominal es de 750 MW a 3 y 4.2 Mpa de
presión de vapor y a 120 ºC.- Cryoplant. La planta de criogenia
mantiene los imanes a temperauras adecuadas para la
superconductividad (alrededor de 4K) y mantiene las
condiciones de criogenia en las Thermal Shields y en el criostato.
La función principal del Aditional Heating y del Current Drive
es incrementar la temperatura del plasma, mientras aumenta la
densidad para llegar a la potencia de fusión requerida. Otra de
sus funciones importantes es la de suprimir inestabilidades. La
potencia total inyectada es de 73 MW inicialmente y hasta 110
MW como máximo. La potencia total activa/reactiva pulsada por
la red es de 500 MW. La potencia total activa/reactiva del estado
estacionario es 110 MW.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Resultados de ITER:
 Progresos en la construcción: ha logrado avances
significativos en la construcción de sus instalaciones.
 Desarrollos tecnológicos: hay avances en varias
tecnologías clave, como la superconducción, la
manipulación de materiales y la ingeniería de plasma.
 Investigaciones científicas: Las investigaciones
teóricas y experimentales asociadas con el proyecto han
contribuido al conocimiento científico en el campo de
la fusión nuclear.
Discusión sobre ITER:
 Desafíos técnicos y financieros: ha enfrentado desafíos
técnicos y financieros significativos a lo largo de su
desarrollo. La complejidad del proyecto y su escala han
llevado a retrasos y aumentos en el presupuesto.
 Impacto ambiental y seguridad: La fusión nuclear
ofrece la promesa de una fuente de energía limpia y
segura, pero existen preocupaciones sobre el impacto
ambiental y la seguridad asociados con la tecnología,
así como con la gestión de residuos nucleares.
 Cooperación internacional: involucra a varios países y
organizaciones, entidades fundamentales para el éxito
del proyecto y plantea preguntas sobre la gobernanza y
la distribución equitativa de los beneficios.
En resumen, ITER representa un ambicioso esfuerzo
internacional para demostrar la viabilidad técnica y económica
de la fusión nuclear como una fuente de energía limpia y
sostenible enfrentando desafíos significativos, el proyecto
también ofrece la promesa de un futuro energético más seguro y
sostenible del mundo.
4. CONCLUSIONES
Las conclusiones sobre el proyecto ITER pueden variar
dependiendo de diversos factores, como el enfoque particular de
quien realiza el análisis. Aquí te presento algunas posibles
conclusiones:
 Importancia de la investigación en fusión nuclear.
 Desafíos técnicos y financieros.
 Potencial de la fusión nuclear.
 Cooperación internacional.
En resumen, las conclusiones son multifacéticas y pueden incluir
aspectos positivos, desafíos pendientes y consideraciones sobre
el futuro de la energía de fusión nuclear.
REFERENCIAS
[1] https://www.youtube.com/watch?v=eA-xuOjyU5I
[2] https://iessabinofernandezcampo.org/WebFQ/Iter.pdf