ITER Reactor Termonuclear Experimental Internacional para la fusión nuclear

ITER Reactor Termonuclear Experimental Internacional para la fusión nuclear

¿Qué es el ITER?

El ITER (“El Camino” en latín) es uno de los proyectos energéticos más ambiciosos del mundo actual.

En el sur de Francia, 35 naciones* colaboran para construir el mayor tokamak del mundo, un dispositivo de fusión magnética diseñado para demostrar la viabilidad de la fusión como fuente de energía a gran escala y sin emisiones de carbono, basada en el mismo principio que impulsa nuestro Sol y las estrellas. Los miembros del ITER – China, la Unión Europea, India, Japón, Corea, Rusia y Estados Unidos – están colaborando desde hace 35 años para construir y explotar el dispositivo experimental del ITER y, juntos, llevar la fusión hasta el punto de poder diseñar un reactor de fusión de demostración.

El ITER será el primer dispositivo de fusión que produzca energía neta. ITER será el primer dispositivo de fusión que mantendrá la fusión durante largos periodos de tiempo. Y el ITER será el primer dispositivo de fusión que probará las tecnologías integradas, los materiales y los regímenes físicos necesarios para la producción comercial de electricidad basada en la fusión.

¿QUÉ HARÁ EL ITER?

1) Producir 500 MW de potencia de fusión
El récord mundial de potencia de fusión lo tiene el tokamak europeo JET. En 1997, el JET produjo 16 MW de potencia de fusión a partir de una potencia de calentamiento total de 24 MW (Q=0,67). El ITER está diseñado para producir un rendimiento energético diez veces mayor (Q=10), es decir, 500 MW de potencia de fusión a partir de 50 MW de potencia calorífica de entrada. El ITER no captará la energía que produzca como electricidad, pero, al ser el primero de todos los experimentos de fusión de la historia en producir una ganancia neta de energía, preparará el camino para la máquina que pueda hacerlo.

2) Conseguir un plasma de deuterio-tritio en el que la reacción se mantenga por calentamiento interno
En la actualidad, la investigación sobre la fusión se encuentra en el umbral de la exploración de un “plasma ardiente”, es decir, uno en el que el calor de la reacción de fusión queda confinado dentro del plasma con la suficiente eficacia como para que la reacción se mantenga durante mucho tiempo. Los científicos confían en que los plasmas del ITER no sólo producirán mucha más energía de fusión, sino que permanecerán estables durante más tiempo.

3) Probar la cría de tritio
Una de las misiones para las últimas fases de funcionamiento del ITER es demostrar la viabilidad de la producción de tritio dentro de la vasija de vacío. El suministro mundial de tritio (utilizado con el deuterio para alimentar la reacción de fusión) no es suficiente para cubrir las necesidades de las futuras centrales eléctricas. El ITER ofrecerá una oportunidad única para probar simulacros de mantas de reproducción de tritio dentro de la vasija en un entorno de fusión real.

¿QUÉ ES LA FUSIÓN?

La fusión es la fuente de energía del Sol y las estrellas. En el tremendo calor y gravedad del núcleo de estos cuerpos estelares, los núcleos de hidrógeno colisionan, se fusionan en átomos de helio más pesados y liberan enormes cantidades de energía en el proceso.

La ciencia de la fusión del siglo XX identificó que la reacción de fusión más eficaz en el laboratorio es la reacción entre dos isótopos de hidrógeno, el deuterio (D) y el tritio (T). La reacción de fusión DT produce la mayor ganancia de energía a las temperaturas más “bajas”.

Para lograr la fusión en un laboratorio deben cumplirse tres condiciones: una temperatura muy elevada (del orden de 150.000.000° Celsius); una densidad de partículas de plasma suficiente (para aumentar la probabilidad de que se produzcan colisiones); y un tiempo de confinamiento suficiente (para mantener el plasma, que tiene propensión a expandirse, dentro de un volumen definido).

A temperaturas extremas, los electrones se separan de los núcleos y el gas se convierte en un plasma, a menudo denominado cuarto estado de la materia. Los plasmas de fusión proporcionan el entorno en el que los elementos ligeros pueden fusionarse y producir energía.

En un dispositivo tokamak, se utilizan potentes campos magnéticos para confinar y controlar el plasma.

¿QUÉ ES UN TOKAMAK?

 Visualización por cortesía de Jamison Daniel, Oak Ridge Leadership Computing Facility

En la actualidad, las centrales eléctricas dependen de los combustibles fósiles, de la fisión nuclear o de fuentes renovables como el viento o el agua. Sea cual sea la fuente de energía, las centrales generan electricidad convirtiendo la energía mecánica, como la rotación de una turbina, en energía eléctrica. En una central de vapor alimentada con carbón, la combustión del carbón convierte el agua en vapor y éste, a su vez, acciona los generadores de las turbinas para producir electricidad.

El tokamak es una máquina experimental diseñada para aprovechar la energía de la fusión. En el interior de un tokamak, la energía producida por la fusión de átomos se absorbe en forma de calor en las paredes de la vasija. Al igual que una central eléctrica convencional, una central de fusión utilizará este calor para producir vapor y luego electricidad mediante turbinas y generadores.

El corazón de un tokamak es su cámara de vacío en forma de rosquilla. En su interior, bajo la influencia de un calor y una presión extremos, el combustible gaseoso de hidrógeno se convierte en un plasma, el mismo entorno en el que los átomos de hidrógeno pueden fusionarse y producir energía. Las partículas cargadas del plasma pueden ser moldeadas y controladas por las enormes bobinas magnéticas colocadas alrededor del recipiente; los físicos utilizan esta importante propiedad para confinar el plasma caliente lejos de las paredes del recipiente. El término “tokamak” proviene de un acrónimo ruso que significa “cámara toroidal con bobinas magnéticas”.

Desarrollado por primera vez por la investigación soviética a finales de la década de 1960, el tokamak ha sido adoptado en todo el mundo como la configuración más prometedora del dispositivo de fusión magnética. El ITER será el mayor tokamak del mundo: tendrá el doble de tamaño que la mayor máquina actualmente en funcionamiento y un volumen de cámara de plasma diez veces mayor.

 

¿CUÁNDO COMENZARÁN LOS EXPERIMENTOS?

 El primer plasma del ITER está previsto para diciembre de 2025.

Esa será la primera vez que se encienda la máquina y el primer acto del programa operativo de varias décadas del ITER.
 

Cronología del ITER

Dic 2025                   Primer plasma

2025-2035                Puesta en marcha progresiva de la máquina

2035                          Comienza el funcionamiento del deuterio-tritio

Le invitamos a explorar el sitio web del ITER para obtener más información sobre la ciencia del ITER, la colaboración internacional del ITER y el proyecto de construcción a gran escala que está en marcha en Saint Paul-lez-Durance, al sur de Francia.

Transductor OEM con compensación de temperatura integrada

Aplicación

Más información sobre la aplicación ➔ plataforma de competencias

Características

  • Resistencia al agua salada
  • Alta precisión: compensación de temperatura y estabilidad a largo plazo
  • Bajo consumo de energía

Especificaciones

  • Rango de medición de la presión: 0..2b/0-5b/0-10b/0-50b/0-100bar absolut

  • Sobrecarga: 3x FS

  • Presión de ruptura: >850 bar

  • Precisión: ≤±0,05 % FS

  • Error total (-5ºC … 35ºC): ≤ ±0,1 % FS

  • Estabilidad a largo plazo: ≤ ±0,1 % FS/año.

  • Tensión de alimentación: 5 V ± 0,25V

  • Señal de salida: 0,5 – 4,5 V

  • Consumo de energía: < 11 mWatt

  • Material: Hastelloy

 

 

 

 

 

CTD (Conductividad, Temperatura, Profundidad)

CTD (Conductividad, Temperatura, Profundidad)

Un CTD -acrónimo de conductividad, temperatura y profundidad – es el principal instrumento utilizado para determinar las propiedades físicas esenciales del agua de mar. Proporciona a los científicos una representación precisa y completa de la distribución y la variación de la temperatura, la salinidad y la densidad del agua para comprender cómo afectan los océanos a la vida.

Cómo funciona.

El CTD a bordo consiste en un conjunto de pequeñas sondas unidas a una gran rueda de roseta metálica. La roseta se hunde en el fondo marino mediante un cable, y los científicos controlan las propiedades del agua en tiempo real a través de un cable de datos que conecta el CTD con un ordenador en el barco. Un dispositivo con control remoto permite cerrar selectivamente las botellas de agua durante el ascenso del instrumento. Un CTD estándar tarda entre dos y cinco horas en recoger un conjunto completo de datos, dependiendo de la profundidad del agua. Las muestras de agua suelen recogerse a profundidades específicas para que los científicos puedan conocer las propiedades físicas de la columna de agua en ese lugar y momento concretos.

Los sensores CTD, pequeños y de baja potencia, también se utilizan en instrumentos autónomos:

Un perfilador anclado realiza mediciones repetidas de las corrientes oceánicas y de las propiedades del agua a lo largo de casi toda la columna de agua, incluso en aguas muy profundas. Los instrumentos básicos que lleva son un CTD para la temperatura y la salinidad y un ACM (medidor acústico de corriente) para medir las corrientes, pero pueden añadirse otros instrumentos, como sensores bioópticos y químicos.

Los Spray Gliders recorren el océano de forma independiente, siguiendo rutas preprogramadas y saliendo a la superficie de vez en cuando para transmitir los datos recogidos y aceptar nuevas órdenes. Mientras navegan horizontalmente por el océano, sus vejigas internas controlan su flotabilidad, lo que les permite navegar hacia arriba y hacia abajo por la columna de agua como las ballenas y otros animales marinos.

Los flotadores son robots flotantes que toman perfiles o series verticales de mediciones (por ejemplo, temperatura y salinidad) en los océanos.

Los vehículos submarinos autónomos (AUV) son vehículos robóticos programables que, dependiendo de su diseño, pueden ir a la deriva, conducir o deslizarse por el océano sin control en tiempo real por parte de operadores humanos. Algunos AUV se comunican con los operadores de forma periódica o continua a través de señales de satélite o balizas acústicas submarinas para permitir cierto nivel de control.

¿Qué plataformas se necesitan?
El paquete del CTD puede incluir otros accesorios e instrumentos. Entre ellos se encuentran las botellas Niskin que recogen muestras de agua a varias profundidades para medir las propiedades químicas, los perfiladores de corriente acústicos Doppler (ADCP) que miden la velocidad horizontal y los sensores de oxígeno que miden los niveles de oxígeno disuelto en el agua.

Características de los sensores del CTD

  • Resistente al agua salada
  • Alta precisión
  • Ligero
  • Bajo consumo de energía
  • Se puede utilizar en profundidades de hasta varios miles de metros

Observaciones:
Los pequeños sensores CTD de bajo consumo utilizados en instrumentos autónomos como los perfiladores de la columna de agua, los planeadores de pulverización, los flotadores y los AUV son más complejos de manejar. La principal limitación es la necesidad de calibrar los sensores individuales. Esto es especialmente cierto en el caso de los instrumentos autónomos que se despliegan durante largos períodos de tiempo. (Los CTD de los barcos están referenciados a los datos de las muestras de agua, que generalmente no están disponibles para los despliegues de instrumentos autónomos). Por lo tanto, los sensores deben ser estables durante el periodo de despliegue, o se deben hacer suposiciones sobre las propiedades del agua de mar y referenciarlas a los datos. Las propiedades de las aguas profundas suelen ser muy estables, por lo que los datos de los sensores autónomos se ajustan a las propiedades históricas del agua en profundidad.
STS proporciona células de presión de alta precisión para esta aplicación específica.

Más información sobre este producto personalizado

Efecto del hidrógeno en los piezotransductores (biofouling)

Efecto del hidrógeno en los piezotransductores (biofouling)

BIOFOULING

El biofouling o ensuciamiento biológico es la acumulación de microorganismos, plantas, algas o animales en las superficies mojadas, dispositivos como entradas de agua, tuberías, rejillas, estanques y, por supuesto, en los instrumentos de medición, causando la degradación del propósito principal de esos elementos.

ANTIFOULING

El antifouling es el proceso de eliminar o prevenir la formación de estas acumulaciones. Existen diferentes soluciones para reducir/prevenir los procesos de incrustación en los cascos de los barcos y en los depósitos de agua marina o salobre.

Recubrimientos tóxicos especiales que matan a los organismos bioincrustantes; con la nueva directiva de la UE sobre biocidas se prohibieron muchos recubrimientos por razones de seguridad medioambiental.

  • Recubrimientos antiadherentes no tóxicos que impiden la adhesión de microorganismos a las superficies. Estos revestimientos suelen estar basados en polímeros orgánicos. Se basan en la baja fricción y las bajas energías superficiales.
  • Antiincrustante ultrasónico. Los transductores ultrasónicos pueden montarse dentro o alrededor del casco en embarcaciones pequeñas y medianas. Los sistemas se basan en una tecnología probada para controlar la proliferación de algas.
  • Irradiación láser pulsada. La tecnología de pulsos de plasma es eficaz contra el mejillón cebra y funciona aturdiendo o matando a los organismos con una duración de microsegundos, energizando el agua con pulsos de alto voltaje.
  • Antifouling mediante electrólisis
  • Los organismos no pueden sobrevivir en un entorno de iones de cobre.
  • Los iones de cobre se producen por electrólisis con un ánodo de cobre.
  • En la mayoría de los casos, la carcasa del tanque o el casco del barco sirven de cátodo.
  • Un ánodo de cobre instalado en la configuración genera una electrólisis entre el ánodo y el cátodo.

La electrólisis puede aparecer debido a los sistemas de tratamiento del agua de lastre (electrólisis y sistemas UV), a los procesos de corrosión o a las diferencias de potencial eléctrico entre los distintos materiales.

EFECTO DE LA ELECTRÓLISIS EN EL TRANSDUCTOR PIEZORRESISTIVO

  • Un resultado de la electrólisis son los iones de hidrógeno positivos
  • Debido a su polarización, los iones de hidrógeno se desplazan hacia el cátodo (carcasa del tanque o casco del barco) donde está instalado el transductor.
  • En caso de contacto directo entre el tanque y el transductor, los iones de hidrógeno permean a través del componente más delgado del ánodo, que es el diafragma del transductor.
  • Tras la permeación de los iones de hidrógeno a través del diafragma, los iones de hidrógeno toman un electrón y se transforman en hidrógeno molecular (H2). El hidrógeno se acumula en el líquido de relleno del transductor.
  • Si este efecto se prolonga, la concentración de hidrógeno en el fluido de llenado aumentará y el diafragma se hinchará. como resultado, el sensor se desvía y emite un valor incorrecto.

CONCLUSIONES

Se analizaron los transductores de presión de acero inoxidable en servicio durante 2 ó 3 años en los tanques de lastre de los buques y la investigación arrojó los siguientes resultados:

Hallazgos

La formación de depósitos en las membranas de acero inoxidable no puede evitarse en la práctica. Mientras los procesos de corrosión puedan tener lugar en la membrana en condiciones anaeróbicas, siempre hay que esperar la formación de hidrógeno y su penetración en el sensor.

Por esta razón, en tales condiciones, la membrana debe ser de un material más resistente a la corrosión, como el titanio.

La corrosión de los intersticios se produce en las piezas metálicas en presencia de un medio corrosivo en los intersticios estrechos y no sellados, como los solapamientos, y en las soldaduras que no son pasantes. La fuerza motriz son las diferencias de concentración entre el medio en la brecha y el área fuera de la brecha, que son causadas por la difusión inhibida de los reactivos en la brecha. La diferencia de potencial asociada a la diferencia de concentración conduce a la corrosión electroquímica en el hueco (tipo hidrógeno) o en su entorno inmediato (tipo oxígeno).

Por esta razón, la membrana debe estar soldada a la carcasa.

RECOMENDACIÓN

De acuerdo con estos resultados, STS Sensor Technik Sirnach AG lleva más de 10 años utilizando con éxito sensores piezorresistivos sin elastómeros con carcasa y membrana de titanio para aplicaciones en aguas marinas, salobres y de mar.

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