Tritio: Cambiar el plomo en oro

ITER MAG 8

-Robert Arnoux

con el fin De producir energía a partir de la fusión de átomos de luz, la naturaleza ofrece una docena de combinaciones posibles. Solo uno es accesible en el estado actual de la tecnología: la fusión de isótopos de hidrógeno (1) deuterio y tritio.,

Mientras que «ordinario» de hidrógeno (H) contiene un protón, su isótopo 3H (tritio) contiene un protón y dos neutrones. El tritio es un elemento radiactivo con una vida media de 12,3 años y desintegración beta de baja energía. Su radiactividad es tan baja que puede ser detenida por la piel o un simple pedazo de papel. El tritio solo presenta un peligro para la salud si se ingiere o inhala después de combinarlo con otros elementos (agua tritiada, por ejemplo). La gestión del tritio en el ITER será objeto de normas y procedimientos estrictos.,

Pero aquí está el reto. Mientras que el deuterio se puede extraer fácilmente del agua de mar, que contiene 33 miligramos por metro cúbico, el tritio es mucho más difícil de obtener.en la naturaleza, el tritio se encuentra solo en pequeñas cantidades. El efecto de los rayos cósmicos en las capas más externas de la atmósfera de la Tierra produce desde un par de gramos hasta un par de kilogramos cada año (las estimaciones varían). Algunas docenas de kilogramos también se disuelven en los océanos como resultado de las pruebas nucleares atmosféricas realizadas entre 1945 y 1980.,los reactores nucleares del tipo CANDU también producen pequeñas cantidades de tritio, del orden de 100 gramos por año para un reactor de 600 MW, o aproximadamente 20 kilogramos por año a nivel mundial. Este stock, sin utilizar hoy, será suficiente para alimentar al ITER durante los quince años de su campaña de deuterio-tritio.a largo plazo, sin embargo, será necesario desarrollar soluciones para la producción a gran escala de tritio. Se estima que cada reactor de fusión necesitará entre 100 y 200 kilogramos por año.,la naturaleza, como si anticipara el problema, ofrece una solución que combina elegancia y eficiencia: la reacción de fusión en sí puede producir el tritio que a su vez alimentará la reacción. Además, el proceso se lleva a cabo dentro del recipiente de vacío en un ciclo continuo y cerrado.cuando un núcleo de deuterio se fusiona con un núcleo de tritio dentro del plasma de fusión, protones y neutrones se recombinan en un átomo de helio y un neutrón. La carga eléctrica del átomo de helio hace que permanezca atrapado dentro de la jaula magnética que confina el plasma., El neutrón, por otro lado, escapa a alta velocidad y golpea las paredes del recipiente de vacío, calentando el agua que circula bajo presión e iniciando un proceso que—en futuros reactores—creará electricidad.

seis módulos de Manta de prueba experimental que contienen litio se montarán dentro del recipiente de vacío ITER para probar los conceptos de cría de tritio.

sin embargo, el neutrón puede servir para otro propósito., Cuando golpea un átomo de litio-6 (2) interrumpe sus bloques de construcción (3 protones y 4 neutrones) y los reorganiza en un átomo de helio (2 protones, 2 neutrones) y un átomo de tritio (1 protón, 2 neutrones) mientras que al mismo tiempo libera energía.
desde el punto de vista de la física, entonces, el problema está resuelto: el tritio se puede producir dentro del tokamak si se incluye litio en las paredes del recipiente., Ahora se trata de desarrollar las soluciones tecnológicas que permitan a los científicos e ingenieros traducir los principios de la física en un ciclo productivo de «auto suficiencia de tritio» en los reactores de fusión del mañana.Luciano Giancarli ha estado interesado en la cuestión durante casi 30 años. En el ITER, dirige la sección que está a cargo de la implementación del programa Test Blanket Module (TBM)—módulos de manta experimentales que contienen litio que se montarán dentro del recipiente de vacío del ITER para probar los conceptos de cría de tritio., «El primer desafío es la relación entre los neutrones generados por la reacción de fusión y los átomos de tritio realmente producidos», explica. «Para que el sistema funcione, la relación debe ser superior a 1, lo que significa que—entre el neutrón y su objetivo de litio—necesitaremos un ‘multiplicador de neutrones’ como el plomo o el berilio.(3) » los miembros del ITER han desarrollado una serie de conceptos que se probarán en condiciones a escala de reactor en el ITER., Aunque todos los módulos TBM se basan en el mismo principio (la reacción entre el neutrón y el litio-6), cada uno es único en su arquitectura, sus materiales estructurales, su sistema de enfriamiento, la forma de su litio (sólido o líquido) y la forma en que se extraerá el tritio.dentro del ITER Tokamak, se han reservado seis espacios para los módulos de cría. Europa está planeando dos sistemas de TBM; China, India, Japón y Corea están a cargo de los otros cuatro., (En cuanto a los Estados Unidos y Rusia, están participando en el programa mediante el suministro de datos que son importantes para la realización de los sistemas.)

ITER proporcionará una oportunidad única para probar mantas de cría experimentales, llamadas módulos de Manta de prueba, en un entorno de fusión real.

aunque los resultados de los experimentos de cría de tritio estarán abiertos a todos los miembros, cada proveedor mantendrá los detalles de fabricación en secreto debido a los altos riesgos comerciales vinculados a la producción de tritio.,
» estimamos que, en condiciones de funcionamiento del ITER, la capacidad productiva máxima de cada uno de los módulos de prueba será del orden de 20 miligramos por día. En un tokamak comercial, esta producción estará a la par con la potencia de la máquina, del orden de 150 gramos por día y por gigavatio», dice Luciano.la fase de diseño conceptual para cada uno de los sistemas de TBM ha terminado. Al igual que los otros elementos de la máquina ITER, estos conceptos de mejoramiento de tritio serán diseccionados, analizados y revisados por un comité especial antes de su aprobación formal., Las actividades de fabricación están planificadas para comenzar en 2020.para alcanzar los objetivos del ITER y, en un sentido más amplio, para el futuro de la fusión, Los seis módulos TBM desempeñarán un papel fundamental. Al demostrar su capacidad para transformar un elemento tan común como el plomo en la Tierra (litio) en el tritio más raro y precioso, abrirán el camino a la explotación industrial y comercial de la energía de fusión.
1-La mayoría de los elementos de la Tabla periódica existen en diferentes formas llamadas isótopos. Los isótopos de un mismo elemento difieren en la composición de su núcleo atómico., En una reacción química actúan de manera idéntica; en una reacción nuclear, los isótopos pueden actuar de maneras muy diferentes.
2-Lithium-6 es un isótopo de litio estable presente en el litio natural al nivel de 7.5%.
3-Cuando un neutrón golpea un átomo de plomo o berilio, su estructura atómica se altera. Después de absorber el neutrón, el átomo interrumpido expulsa dos neutrones, lo que aumenta el número de neutrones disponibles para generar, en un segundo paso, tritio a partir del litio-6 contenido en los módulos.