Japón y Europa avanzan en la construcción de acelerador de partículas

12 de Ago, 2024

Fusion for Energy (F4E), la organización de la Unión Europea (UE) constituida para gestionar la aportación del continente a ITER, el mayor proyecto internacional para el desarrollo de la fusión como fuente ilimitada y viable de energía anunció que el Prototipo Acelerador Lineal IFMIF (LIPAc) está entrando en un nuevo capítulo para lograr una onda continua de alta potencia.

A través de un comunicado de UE se informó que dicho proyecto, desarrollado por Europa y Japón como parte del acuerdo de enfoque más amplio, tiene como objetivo validar el diseño de un acelerador de iones para probar materiales para futuras máquinas de fusión.

Durante el mes de junio, F4E y los Institutos Nacionales de Ciencia y Tecnología Cuántica (QST) tuvieron diversas reuniones presenciales y virtuales en Rokkasho, Japón, para celebrar el cierre de otra exitosa ronda de operaciones. Pero muchos ya estaban mirando con entusiasmo la siguiente fase, ya que el acelerador abrirá nuevos caminos al alcanzar su configuración final.

“En pocas palabras, LIPAc consiste en una cadena de secciones de alta tecnología que generan, dan forma y aceleran un haz de deuterones. Se puede pensar en él como un cañón de 36 m que dispara partículas sobre un depósito de haz. En futuras instalaciones de prueba de materiales como IFMIF-DONES, las partículas aceleradas impactarán sobre un blanco de litio, generando una lluvia de neutrones, equivalente a la irradiación que deben soportar los materiales dentro de un reactor de fusión. Pero, para crear estas condiciones, los expertos deben demostrar con el prototipo LIPAc que un acelerador de este tipo puede cumplir con los requisitos en términos de energía, corriente, ciclo de trabajo y duración“, menciona F4E.

Un proyecto titánico en la industria energética

Fusion for Energy declaró que, naturalmente, esto no se pudo lograr con un experimento único. Ya que Europa y Japón optaron por un enfoque por etapas, añadiendo secciones a la línea de haz a medida que ponían en funcionamiento el acelerador y validaban las tecnologías. Desde las primeras ráfagas de baja intensidad de hace siete años, LIPAc ahora es capaz de producir un haz de mayor energía con pulsos más largos. Durante su última fase, funcionó con una corriente de haz de alrededor de 118 mA, produciendo una energía de 5 MeV al 8.75 % del ciclo de trabajo. Esto se logró gracias a componentes como el cuadrupolo de radiofrecuencia (RFQ), con una longitud sin precedentes de 9.8 m.

Ahora, el acelerador permanecerá en funcionamiento durante casi dos años, mientras los equipos lo preparan para su configuración definitiva. Los expertos ya están trabajando en el montaje e integración del acelerador lineal de radiofrecuencia superconductora (SRF), el componente que elevará la energía del haz de deuterones hasta los 9 MeV.

Con estos avances, LIPAc se adentra en un terreno desconocido. “Estamos alcanzando niveles y ciclos de trabajo que no se han alcanzado todavía en ningún otro lugar del mundo”, afirma Yann Carin, jefe de proyecto de IFMIF/EVEDA.

Sin embargo, a pesar del grado de riesgo, afirman que los conocimientos adquiridos hasta ahora dan confianza al equipo.

“Como prototipo, LIPAc ya aporta un gran valor, incluso en esta fase en la que aún no está terminado. La gran cantidad de datos obtenidos nos está ayudando a caracterizar el haz e identificar mejoras en el diseño de muchos subsistemas, allanando el camino para las fases finales con operaciones con haz de onda continua”, agregó.

Un plan que une fronteras

Los avances en LIPAc son testimonio de los esfuerzos complementarios de los equipos europeo y japonés. Por un lado, F4E proporcionó la mayoría de los subsistemas del prototipo, en colaboración con institutos de investigación como el Comisariado para la energía atómica y las energías renovables en Francia, CEA, el Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia, INFN, el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas en España, CIEMAT y el centro de investigación nuclear en Bélgica, SCK CEN, junto con el consorcio de instituciones nacionales de investigación pertenecientes a la Unión Europea y Suiza, EUROfusion.

Por otro lado, los QST se han encargado de la instalación, proporcionando los edificios que albergan el acelerador en Rokkasho (Japón), así como algunos subcomponentes. Ingenieros y científicos de ambas partes han trabajado codo con codo en la puesta en marcha y el funcionamiento de la máquina en el lugar, y algunos han prestado apoyo de forma remota desde el otro lado del mundo.

“El equipo del proyecto integrado ha demostrado ser ingenioso y cooperativo. Este espíritu es esencial para dirigir el proyecto IFMIF/EVEDA en unas condiciones sin precedentes en las tecnologías de aceleradores”, celebra Hervé Dzitko, director de programa del equipo local de la UE y jefe del grupo IFMIF en F4E.

Como demostrador de futuras fuentes de neutrones de fusión, los planes para LIPAc van más allá de las próximas fases de operaciones. De hecho, F4E ha lanzado recientemente una convocatoria para suministrar un inyector mejorado, la etapa inicial del acelerador, con vistas a mejorar la fiabilidad y disponibilidad de las tecnologías LIPAc. En conjunto, los esfuerzos conjuntos están demostrando ser una base sólida para las instalaciones en las que Europa y Japón estudiarán materiales para reactores de fusión.