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Pruebas de aceptación de las primeras unidades del Módulo de radiofrecuencia de 230 kW para IFMIF

La construcción de un reactor de demostración (DEMO) constituirá el hito definitivo en el programa internacional de fusión. La construcción de DEMO está prevista para la década 2030‑2040 con el objetivo, definido en la Agenda Europea Horizonte 2020, de lograr la disponibilidad de la electricidad de fusión alrededor de 2050.

Ciencias | Tercera Información | 18-09-2014 | facebook yahoo twitter Versión para imprimir de este documento

Para lograr ese objetivo, es necesaria la construcción de toda una serie de infraestructuras entre las que destaca por su importancia IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility, Instalación Internacional de Irradiación de Materiales para Fusion), con estas pruebas se avanza en la consecución del mismo.

IFMIF es una fuente de neutrones de características similares a las de un reactor de fusión, cuyo objetivo esencial es generar la información sobre el comportamiento de los materiales requeridos para la construcción de un futuro reactor. Si bien IFMIF no tiene la visibilidad de ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor, Reactor Experimental Termonuclear Internacional) en cuanto a impacto en los medios (ITER está actualmente en construcción en Cadarache –Francia-, y aspira a demostrar la viabilidad científica de la energía de fusión junto con objetivos tecnológicos clave), su construcción se considera tan necesaria como la de ITER para el diseño y construcción de DEMO en el sentido de que la información proporcionada por una y otra instalación serán igualmente imprescindibles.

La fuente de neutrones de IFMIF aprovecha las reacciones de stripping de deuterio-litio (D-Li), en las que los núcleos acelerados de deuterio se insertan en los de litio, para producir neutrones, con un espectro medio de energías asimilable al que se producirá en la vasija de un reactor de fusión. Los experimentos de irradiación de materiales requieren una irradiación estable y continua con alta disponibilidad. IFMIF conseguirá esto utilizando dos aceleradores lineales de deuterones de 125 mA de corriente de haz, operando de forma continua, con una energía de 40 MeV por deuterón. Los haces de deuterones, con una potencia nominal resultante de 5 MW cada uno, incidirán sobre un blanco de Li líquido, moviéndose a alta velocidad –unos 15 m/s- para poder disipar la gran cantidad de energía depositada, dando lugar al haz de neutrones necesario para la irradiación de materiales.

En cuanto a Actividades de Validación y diseño de Ingeniería: actualmente se está construyendo un acelerador que será prototipo de uno de los aceleradores (LIPAc, Linear IFMIF Prototype Accelerator) en el marco del proyecto IFMIF-EVEDA (Engineering Validation and Engineering Design Activities, Actividades de Validación y Diseño de Ingeniería). El sistema de radiofrecuencia (RF) que proporcionará la energía necesaria al haz del acelerador es parte de la contribución española del proyecto que con un coste de alrededor de 13 millones de euros, se ha adjudicado en su totalidad a empresas españolas (“Availability improvements for the LIPAc RF Power System: tetrodes and solid state solutions”. Mejoras en la disponibilidad para el Sistema de RF de LIPAc : Soluciones de Tetrodos y Estado Sólido” M.Weber et al. 2014. Más información.)

El Sistema de RF de LIPAc consiste en un conjunto de dieciocho cadenas de radiofrecuencia, de las cuales dieciséis, se construyen con amplificadores de muy alta potencia, utilizando tecnología de tubos de vacío, mientras que las otras dos, de menor potencia, siguen un avanzado diseño con tecnología de transistores de estado sólido. Ambos sistemas han sido desarrollados en colaboración con empresas del sector en España, entre las que destacan, INDRA SISTEMAS para las dieciséis cadenas de tetrodos y BROAD TELECOM para las dos cadenas de estado sólido.

Entre los días 9 y 12 de junio de 2014 en Torrejón de Ardoz (Madrid), tuvieron lugar los ensayos de aceptación de las dos primeras unidades de los novedosos Módulos de Radiofrecuencia de muy alta potencia y alta disponibilidad que forman parte de la contribución española al Proyecto IFMIF/EVEDA. Los ensayos se realizaron en las instalaciones que CIEMAT tiene contratadas a la multinacional tecnológica INDRA SISTEMAS para el desarrollo de este proyecto.

Las pruebas se han desarrollado con éxito en presencia de representantes de las instituciones participantes en el proyecto. Así, ha habido representación de la agencia europea Fusion For Energy (F4E), responsable de la contribución europea al acuerdo Broader Approach for Fusion, en el que se enmarca esta colaboración; de la agencia japonesa de energía atómica JAEA; del Instituto de Fusión Nuclear de Legnaro en Italia, INFL; y del equipo de proyecto de IFMIF/EVEDA, incluyendo a Juan Ramón Knaster, antiguo investigador de CIEMAT y que es el actual líder del proyecto a nivel internacional. Por parte del CIEMAT asistió Joaquín Sánchez, director del Laboratorio Nacional de Fusión así como los investigadores responsables del proyecto y el personal de INDRA SISTEMAS.

Los amplificadores de tubos de vacío, desarrollados por INDRA SISTEMAS bajo especificaciones de CIEMAT, están teniendo un notable impacto por haber abierto el camino hacia una nueva generación de amplificadores de tubos de vacío, que ofrecen un mayor tiempo de trabajo efectivo, es decir una mayor disponibilidad. Hasta hace poco tiempo, las mejoras en este tipo de sistemas se producían incidiendo en las características de los propios tubos de vacío. Dado que los mismos han alcanzado el límite de su tecnología, la propuesta de CIEMAT ha sido incrementar la disponibilidad y por tanto la viabilidad de estos sistemas, a base de disminuir el tiempo necesario para su mantenimiento o sustitución en caso de avería. Para esto, se ha diseñado un sistema de plataformas que a distintos niveles, permiten la sustitución parcial o completa de las cadenas amplificadoras, permitiendo que incluso ante una avería en el peor escenario posible, el acelerador de partículas no tenga que detenerse más que una horas, al contrario que ocurre en los sistemas convencionales que pueden suponer paradas de días e incluso semanas. Este sistema es considerado en la comunidad internacional como el nuevo camino hacia la mejora de los amplificadores basados en tubos de vacío de rejilla (tetrodos) y ya ha inspirado diseños en otras instalaciones (“Development and future prospects of RF sources for linac applications”, (Presente y futuro de las fuentes de Radiofrecuencia para Aceleradores Lineales). E. Jensen, CERN. Proceedings of Linear Accelerator Conference LINAC2010, Tsukuba, Japón).

Durante los ensayos, los amplificadores de radiofrecuencia de 230 kW de potencia y 175 MHz de frecuencia nominal, con capacidad para funcionamiento en modo pulsado y en modo continuo, alcanzaron su potencia máxima de 230 kW, con unas características de eficiencia, pureza de señal y estabilidad superiores a las requeridas. Estos equipos son los amplificadores de Radiofrecuencia (RF) de mayor potencia construidos en España en esta frecuencia y modo de trabajo.

Terminadas las pruebas con la aceptación por parte de los organismos internacionales (F4E, JAEA e IFMIF), los equipos están listos para su envío e instalación en Japón, donde se está integrando y donde operará el acelerador LIPAc.

La contribución española al proyecto IFMIF/EVEDA, que se está ejecutando con un retorno a la industria española cercano al 100%, está siendo financiada íntegramente por el gobierno de España a través de diferentes actuaciones del MINECO y del anterior Ministerio de Ciencia e Innovación. (Ref. SGIOI. 05-07/09 CIEMAT IFMIF Y JT-60, AIC10-A-000441, AIC-A-2011-0654, Acuerdo de encomienda de gestión BOE 16 de Enero de 2013).

Fotografías:

Vista 3d del diseño propuesto para los dos aceleradores de IFMIF donde se puede ver el volumen relativo del Sistema de RF.

Técnicos europeos y japoneses analizando los datos junto a uno de los Módulos de Radiofrecuencia de última generación que CIEMAT enviará a Japón para su instalación en el acelerador LIPAc (IFMIF/EVEDA).

19 de abril de 2015 22:17, Lau
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