Fusión Nuclear. Joaquín Sánchez. Laboratorio Nacional de Fusión por Confinamiento Magnético CIEMAT
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- Rodrigo Ortega Revuelta
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1 Fusión Nuclear Joaquín Sánchez Laboratorio Nacional de Fusión por Confinamiento Magnético CIEMAT
2 La reacción de FUSIÓN DEUTERIO HELIO MeV TRITIO NEUTRON+ 14 MeV DEUTERIO: 1/6000 del agua en la tierra TRITIO: obtenido a partir del LITIO, una batería de portátil: energía para 30 años / 1 ciudadano europeo Capaz de proporcionar GW demanda actual por > años
3 Planta de Fusión Escudo biológico Primera pared Manto fertil Deuterio Cámara Vacío Lithio Plasma D T n Intercamb. calor Li T He T DT, He DT Procesado del combustible Helio (cenizas no-radioactivas) Litio Combustibles básicos Extracción Energía Generador de vapor 4He Turbina 4He 4He 4He Generator de electricidad Linea de Transmisión 1 D2 + 1 T 3 2 He 4 (3.6 MeV) + 0 n 1 (14 MeV) 3 Li6 + 0 n 1 2 He T 3 (+4.8 MeV)
4 Planta de Fusión Escudo biológico Primera pared Manto fertil Deuterio Cámara Vacío Lithio Plasma D T n Intercamb. calor Li T He T DT El problema DT, He Procesado del combustible Helio (cenizas no-radioactivas) Litio Combustibles básicos Extracción Energía Generador de vapor 4He Turbina 4He 4He 4He Generator de electricidad Linea de Transmisión 1 D2 + 1 T 3 2 He 4 (3.6 MeV) + 0 n 1 (14 MeV) 3 Li6 + 0 n 1 2 He T 3 (+4.8 MeV)
5 Plasma de Fusión Escudo biológico Nucleos D T han de Primera pared colisionar a alta velocidad Deuterio Cámara Vacío Lithio Plasma D T n Intercamb. calor Li T He E =15-20keV Manto fertil No es DT rentable mediante aceleradores. T Plasma con partículas a 15 DT, kev: He Procesado del combustible Helio (cenizas no-radioactivas) Litio Combustibles básicos Extracción Energía Generador de vapor 4He Turbina 4He 4He 4He Temperatura del plasma: ºC Generator de electricidad Linea de Transmisión
6 Plasma de Fusión Temperatura del plasma: ºC Recipiente inmaterial Confinamiento magnético Tokamak
7
8 Tokamak JET
9 Progreso
10 ITER: el próximo paso Objetivos: Demostrar la viabilidad científica de la fusión Ganancia energética Q>10 durante 500 s Q> 5 durante 1500 s Tests tecnológicos (materiales, módulo generador de tritio...) Socios: Europa Japón China Rusia EEUU Corea S India Coste: 5000 M Construcción:
11 Central Solenoid Nb 3 Sn, 6 modules Toroidal Field Coil Nb 3 Sn, 18, wedged Poloidal Field Coil Nb-Ti, 6 ajor plasma radius 6.2 m lasma Volume: 840 m 3 lasma Current: 15 MA ypical Density: m -3 ypical Temperature: 20 kev usion Power: 500 MW Cryostat 24 m high x 28 m dia Vacuum Vessel 9 sectors Blanket 440 modules Port Plug heating/current drive, test blankets limiters/rh diagnostics Torus Cryopumps, 8 Divertor 54 cassettes Machine mass: t (cryostat + VV + magnets) - shielding, divertor and manifolds: 7945 t port plugs - magnet systems: t; cryostat: 820 t
12 Solo 500 M gestionados por el DG de ITER 4500 M son aportaciones de los socios en especie
13
14 ITER IO LICENSE TO CONSTRUCT TOKAMAK ASSEMBLY STARTS FIRST PLASMA Bid Contract EXCAVATE TOKAMAK BUILDING Construction License Process Bid Vendor s Design MAGNET Contract Bid VESSEL OTHER BUILDINGS TOKAMAK ASSEMBLY Install PFC cryostat PFC TFC CS fabrication start First sector Complete VV Last TFC Complete blanket/divertor Install CS COMMISSIONING Last CS Contract First sector Last sector
15 Los pasos después de ITER Física: Operación en estado estacionario (stellarators/ advanced tokamaks ) Operación a alta presión (define el aprovechamiento del campo B y afecta a la economía del reactor)
16 Los pasos después de ITER Tecnología (I) Materiales Bajo carga térmica - Flujos de energía de 10 MW/m 2 Bajo irradiacion (neutrones 14 MeV) - Materiales que soporten hasta 30 dpa, con periodos de activación<100 años Cualificación: materiales, soldaduras etc
17 Materiales: Carga térmica Alternativas: CFCs, mechas de litio, Tungsteno
18 Materiales: Daño por irradiación Candidatos: Vanadio SiC/SiC Aceros martensiticos EUROFER Molecular dynamics calculation of displacement damage due to neutron impact.
19 5 10 MANET-II OPTIFER EUROFER-97 F82H-mod EUROFER ref. FE Surface Gamma Dose Rate [Sv/h] Long term irradiation (12.5 MWa/m2) of a DEMO reactor first wall Materiales reciclables después de <100 años High Level Waste -2 Remote Recycling Level 10 Medium Level Waste Objetivo: baja activación Low Level Waste -4 1x10 Hands-on Level -5 1x Joaquín Sánchez. CIEMAT Time after Irradiation [y] Fusión Nuclear Foro Nuclear /GENERA
20 IFMIF Modulos del Blanco y de Irradiación Laboratorios 40 m Fuente de Iones RFQ Sistema para el Transporte del Haz a Alta Energía Circuito del Li
21 Los pasos después de ITER Tecnología (II) T 3 2 He 4 (3.6 MeV) + 0 n 1 (14 MeV) i n 1 2 He T 3 (+4.8 MeV) manto extractor de calor y generador de tritio (breeding blanket) Es necesario demostrar la autosuficiencia en tritio
22 Los pasos después de ITER Tecnología (III) RAM Remote handling Fiabilidad de un sistema muy complejo Tecnologías convencionales Superconductores de alta temp. Optimizacion del CoE
23 Para cuando la Fusión? Aunque las inversiones en Fusión son modestas en términos del gasto mundial en energía, son muy elevadas para los presupuestos públicos de investigación. La investigación progresa reduciendo al máximo la posibilidad de fracasos en cada paso. COSTE RIESGO Tecnológico TIEMPO
24 Para cuando la Fusión? ITER IFMIF
25 USION EN ESPAÑA. CIEMAT STALACION SINGULAR TJ-II plicar al sistema nacional de I+D Implicar a la Industria Contratos ( x1000 ) Industriales ganados en concurso abierto europeo: proyectos JET & ITER. 80% adjudicado a empresas que empezaron en fusión con el TJ-II Alemania Francia Reino Unido EEUU Italia Holanda Rep Checa Austria Finlandia Suiza Rusia Lituania Belgica Agencia del ITER en Barcelona k
26 Planes a medio plazo ísica de stellarators eforzar TJ-II studio futuros stellarators (>2015) ITER Participación en subsistemas : INDUSTRIA Plataforma Tecnológica de Fusión articipación española en los oyectos del Broader Approach to sion Fuente de neutrones Nueva Instalación singular en
27 Copias de la presentación: envien un correo a joaquin.sanchez@ciemat.es
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