PROYECTO DE INVESTIGACIÓN EUROfusion-HEU-Caminos
Implementation of activities described in the Roadmap to Fusion during Horizon Europe through a Joint Programme of the members of the EUROfusion consortium
¿En qué consiste el proyecto?
El proyecto EUROfusion-HEU-Caminos se enmarca en el programa Euratom de Horizon Europe y tiene como objetivo principal implementar las actividades definidas en la hoja de ruta europea hacia la energía de fusión mediante un programa conjunto de los miembros del consorcio EUROfusion (entre los que se encuentra España).
Este esfuerzo coordinado reúne a numerosas instituciones y centros de investigación europeos para avanzar en el conocimiento necesario para el desarrollo de reactores de fusión, incluyendo la construcción y operación de ITER, el diseño conceptual de la planta demostradora DEMO y el desarrollo de infraestructuras clave como IFMIF-DONES.
En este contexto, el proyecto contribuye a acelerar la transición desde la investigación fundamental hasta las aplicaciones industriales, con el objetivo último de suministrar electricidad de fusión a la red en la segunda mitad del siglo XXI .
Dentro de esta iniciativa, desde el CIME trabajamos en el desarrollo y la caracterización de materiales avanzados que puedan ser empleados en los componentes estructurales del divertor de DEMO, una de las zonas más exigentes del reactor debido a las condiciones extremas de operación, con elevadas temperaturas y flujo de partículas. Esta línea de investigación es clave para garantizar la viabilidad y seguridad de los futuros sistemas de fusión.
La energía de fusión nuclear es el proceso mediante el cual dos núcleos atómicos ligeros, como el deuterio y el tritio, se combinan para formar un núcleo más pesado, liberando una gran cantidad de energía.
Este proceso es la fuente de energía del Sol y las estrellas, donde ocurre de forma natural bajo condiciones extremas de temperatura y presión.
En la Tierra, para reproducir la fusión es necesario generar un estado de la materia denominado plasma, un gas ionizado a temperaturas superiores a los 100–150 millones de grados Celsius, donde los núcleos pueden superar su repulsión eléctrica y fusionarse.
La fusión se considera una fuente de energía estratégica porque:
- No emite CO₂ durante su operación
- Utiliza combustibles abundantes (hidrógeno)
- Genera residuos radiactivos limitados y de menor duración
- Ofrece un potencial prácticamente ilimitado de energía
El desarrollo de esta tecnología es uno de los grandes retos científicos y tecnológicos actuales.
El ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) es el mayor experimento internacional en fusión nuclear, cuyo objetivo es demostrar la viabilidad científica y tecnológica de esta fuente de energía.
Basado en la tecnología tokamak, ITER utiliza potentes campos magnéticos para confinar el plasma y permitir que se produzcan reacciones de fusión de forma controlada.
Su objetivo principal es demostrar un balance energético positivo (Q ≥ 10), produciendo diez veces más energía de la que se utiliza para calentar el plasma.
ITER constituye un paso clave dentro de la hoja de ruta europea hacia la fusión, actuando como puente entre la investigación actual y futuras centrales eléctricas como DEMO.
Puedes conocer todos los detalles del proyecto en la web de ITER.
El divertor es uno de los componentes más críticos en los reactores de fusión. Se sitúa en la parte inferior del tokamak y tiene varias funciones esenciales:
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Extraer el calor excedente del plasma
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Eliminar impurezas y partículas
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Proteger las paredes del reactor frente a daños
Durante la operación, el divertor está sometido a condiciones extremas, con flujos de calor muy elevados (del orden de varios MW/m²), intensa irradiación neutrónica y fuertes gradientes térmicos. Por ello, el desarrollo de materiales adecuados es un desafío clave en la ingeniería de fusión nuclear.
El diseño del divertor en reactores de fusión como ITER y en futuros dispositivos como DEMO requiere el uso de materiales multifuncionales, capaces de soportar simultáneamente cargas térmicas extremas, irradiación neutrónica intensa y esfuerzos mecánicos cíclicos.
Para ello, el divertor se basa en un sistema donde cada material cumple una función específica:
- Material de recubrimiento (armour y plasma facing material): contacto directo con el plasma
- Material disipador de calor (heat sink): evacuación térmica
- Material estructural: proporciona soporte mecánico y resistencia a irradiación
Los materiales que puedes encontrar en la exposición cumplen, respectivamente, cada una estas funciones.
Wolframio, Plasma facing material
El wolframio (W) ha sido seleccionado como material principal en el divertor de ITER tras un amplio programa internacional de I+D .
Entre sus propiedades clave, destacan el elevado punto de fusión (~3420–3455 °C) y la baja erosión por sputtering frente a la interacción plasma-material y baja retención de tritio.
Estas características permiten que el wolframio soporte flujos de calor superiores a 10–20 MW/m² en operación nominal, e incluso mayores en eventos transitorios .
CuCrZr, Heat sink material
La aleación CuCrZr (cobre-cromo-circonio) es el material de referencia para la evacuación de calor en el divertor.
Actúa como interfaz térmica entre el wolframio y el sistema de refrigeración, permitiendo la extracción eficiente del calor generado en la superficie.
Entre sus propiedades destacan la alta conductividad térmica y unas propiedades termo-mecánicas mejoradas, que permiten su uso en condiciones de operación continuas con cargas térmicas elevadas.
EUROFER, material estructural de baja activación
El EUROFER es un acero ferrítico-martensítico desarrollado específicamente para aplicaciones en fusión nuclear.
Se utiliza como material estructural, proporcionando soporte mecánico y resistencia a irradiación en componentes del divertor y blanket.
EUROFER es uno de los principales candidatos para: Estructuras del divertor, Componentes del blanket y Sistemas de contención.
La maqueta permite visualizar los principales sistemas de un reactor de fusión tipo tokamak:
- Cámara de vacío y blanket (gris claro): la cámara de vacío contiene el plasma, mientras que el blanket absorbe energía y protege la estructura.
- Sistema magnético (verde, azul y naranja): confina el plasma mediante intensos campos magnéticos.
- Divertor (rojo): extrae calor y partículas.
- Criostato (gris oscuro): cámara de vacío de contiene el tokamak y mantiene los imanes a -269 ºC de temperatura.
Estos sistemas permiten controlar el plasma y gestionar las condiciones extremas necesarias para la fusión.