El director científico de ITER nos explica de qué va esto de ITER

http://cdsweb.cern.ch/record/1343736

“Fusion Plasma Physics in Magnetic Fusion,” DJ Campbell (la física básica de la fusión)

http://cdsweb.cern.ch/record/1344490

“Physics of Tokamak Plasmas,” DJ Campbell (detalles de la física de la fusión)

Las dos charlas de D.J. Campbell, director científico de ITER, en el CERN merecen la pena; en la primera nos cuenta los conceptos básicos (quizás ya los conozcas pero no está mal recordarlos) y la segunda profundiza en más detalles sobre la física de los plasmas en ITER, un laboratorio científico de fusión que nació en noviembre de 2006, que se empezó a diseñar 20 años antes; ITER pretende ser el proyecto clave para el desarrollo de una futura fuente de energía eléctrica basada en la fusión nuclear en tokamaks. La CEE, China, EE.UU., India, Japón, Rusia y Corea unieron sus esfuerzos científicos en fusión por confinamiento magnético en ITER, un laboratorio experimental en construcción en Cadarache, Francia (la sede de la Empresa Común Europea ‘Fusion for Energy’ que lidera ITER tiene su sede en Barcelona, España). ITER quiera estudiar la fusión D-T (deuterio-tritio), demostrando que es una vía posible; no será fácil lograr un rendimiento Q>10  (Q es el cociente entre la energía de salida tras la ignición y la energía de entrada para lograrla) durante unos cientos de segundos. No será fácil, pero en mi opinión es una vía que tenemos que explorar.

http://cdsweb.cern.ch/record/1344809

“Fusion Technology for ITER, the ITER Project,” Guenter Janeschitz (por qué ITER es como es)

http://cdsweb.cern.ch/record/1344810

“Further Development Towards a DEMO Fusion Power Plant,” Guenter Janeschitz (sobre DEMO, el futuro de ITER)

Guenter Janeschitz nos explica en estas dos charlas las tecnologías de fusión de ITER;  su primera charla trata de justificar por qué ITER es como es (comparándolo con ITER98, una máquina más grande que hubo que rediseñar para reducir su coste) y en su segunda charla nos explica las tecnologías que se estudiarán en ITER con el futuro desarrollo de DEMO en mente, el primer reactor de fusión (experimental). Guenter acaba su charla hablando de la “vía ultrarrápida hacia la fusión comercial” y estima que un programa tipo Apollo podría lograr un reactor de fusión comercial en un mínimo de 16 años, pero con un coste prohibitivo; la vía “normal” no ofrecerá un reactor comercial hasta como pronto 2050 y posiblemente no antes de 2060.

La ignición (con Q>1) de la fusión por confinamiento inercial queda fuera de la agenda del NIF para 2012

El año 2012 iba a ser el año de la ignición de la fusión en el  Instalación Nacional de Ignición (NIF); todo estaba planificado para ello, obtener a final de año un rendimiento total de 5 MJ (megajulios); sería la primera vez que se demostrase la ignición de la fusión por confinamiento inercial. Pero hay otras prioridades que van a retrasar esta investigación, hasta tal punto  que no se sabe si este objetivo de 2012 estará en la agenda del NIF para el año 2013. Así lo atestigua un documento no publicado al que han tenido acceso los editores de la revista Science. El problema no es el retraso de un año o dos en la agenda de la investigación en fusión en el NIF, ese problema es nimio, el problema es que mucha gente quiere leer entre líneas que este retraso es debido a que los responsables científicos del NIF no confían en lograr que la fusión sea una fuente de energía práctica, a que creen que el camino marcado por NIF no es el camino correcto. Yo no lo creo así, pero es mi opinión personal; conozco a mucha gente que utilizará este retraso como la mejor prueba posible (ahora) de que la fusión por confinamiento inercial es malgastar dinero a mansalvas. Penoso, pero cierto. Así nos lo cuenta Daniel Clery, “Energy: Laser Fusion Project Alters Goals, Fueling Concern Over Its Strategy,” Science 335: 23, 6 January 2012.

La fusión como fuente de energía tiene dos grandes vías de progreso, el confinamiento magnético, liderado por ITER, aún en construcción en Cadarache, y el confinamiento inercial inducido por láser, liderado por NIF, hasta que el proyecto HiPER de la CEE vea la luz. Las esperanzas de los investigadores en fusión de todo el mundo están puestas en NIF, hasta que ITER entre en funcionamiento (entre 2018 y 2020). El objetivo de NIF, financiado por el Departamento de Energía de EE.UU. (DOE), es utilizar 192 haces de luz del láser más potente del mundo para aplastar  una diminuta esfera de combustible en el centro de una cápsula cilíndrica (llamada hohlraum), hasta alcanzar temperaturas y presiones más altas que las que hay en el centro del Sol. No basta con lograr la ignición de la fusión, también hay que sostenerla durante un tiempo suficiente para que se fusione una fracción importante del combustible utilizado y se debe demostrar que se produce un saldo positivo de energía (una ganancia mayor de la unidad). Lograr estos objetivos es mucho más sencillo en la fisión (utilizada en los reactores de las centrales nucleares convencionales) pero en la fusión se requiere ir paso a paso.

Hasta el 21 de diciembre de 2011, los planes para el NIF durante el año 2012 eran los siguientes. A finales de marzo se tendría que lograr una evidencia firme de haber logrado la ignición, aunque con una ganancia Q<1. A finales de junio se esperaba demostrar una ganancia Q=1. Finalmente, a finales de septiembre se tendría que haber logrado una ganancia de energía, Q>1, de al menos unos 5 MJ (megajulios). El programa de investigación de NIF hacia la ignición (llamado NIC por National Ignition Campaign) que acabará en 2012 obtendría un éxito clave para el futuro de la fusión, que entraría en una nueva fase hacia un reactor de fusión comercial. Sin embargo, Edward Moses, director del NIF, presentó el 21 de diciembre los nuevos planes para 2012, que retrasan 3 meses cada una de las dos primeras etapas y excluyen la tercera etapa del NIC; la financiación para lograr la ignición de la fusión inercial con Q>1 pasa a tener un futuro  incierto. ¿Qué programa sustituirá a NIC? ¿Financiará el Congreso de los EE.UU. la continuación de un proyecto “fracasado” como NIC? Mucha gente augura grandes recortes en financiación para el NIF.

Edward Moses justifica el retraso en el proyecto NIC por la demanda de los otros usuarios de NIF, los interesados en las simulaciones de explosiones nucleares para asegurar la eficacia del arsenal nuclear, así como otros fines científicos (no especificados). Además, le ha quitado importancia a la etapa 5-MJ del NIC, asegurando que lograr Q=1 en 2012 ya es un gran objetivo cumplido para NIF; lograr una ganancia de 5 MJ debería ser solo una cuestión de afinar ciertos detalles técnicos.  Pero algunos dudan incluso de que se alcance Q=1 a finales de septiembre, cuando acabe la financiación del programa NIC. Si no se lograse, mucha gente cree que será muy difícil que NIF logre una segunda campaña de financiación con los “mismos” objetivos que NIC.

NIF ha sido polémico desde el principio. Los científicos de fusión pudieron proponer una máquina tan grande y costosa como NIF gracias a sus usos militares, pero compaginar estos estudios con el programa experimental de fusión no ha sido fácil. Además, muchos opinan que los objetivos en fusión de NIF eran demasiado ambiciosos, un salto demasiado grande respecto a los avances obtenidos en el pasado. Uno de los críticos más acérrimos es el físico Stephen Bodner, ya jubilado, que fue director de un programa de fusión láser en el NRL (Naval Research Lab); según Bodner el diseño “indirecto” de NIF no es adecuado (los láseres no inciden de forma directa sobre el combustible sino sobre el hohlraum, una cápsula que lo contiene); en su opinión, solo se logrará una ganancia Q>1 con un diseño “directo” (aunque dicho diseño requiere láseres más potentes). Otros críticos también apuntan a problemas con el diseño del hohlraum, que no garantiza una implosión simétrica del combustible.

Permíteme opinar, aunque mi opinión puede ser incorrecta. En EE.UU. toda instalación de investigación mixta, civil y militar, tiene un gran problema, los usuarios militares tienen prioridad sobre los civiles. Para el público general la NIF busca demostrar la ignición de la fusión nuclear por confinamiento inercial; pero en realidad la prioridad son las investigaciones militares de alto secreto. Para el público general los 3500 millones de dólares que ha costado el NIF, el sistema de láseres más potente del mundo situado en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), California, es una inversión justificada y necesaria para el futuro de la energía en EE.UU; pero NIF fue diseñado para investigaciones militares y su usos civiles son un simple “lavado de cara.” Para el público general es urgente obtener una solución al problema de la energía, al de la crisis de las reservas de combustibles fósiles y al del cambio climático; pero los militares tienen otra visión de la realidad.