Wolframio nanoestructurado para reactores de fusión nuclear

Un equipo del departamento de Ciencia de Materiales y del Instituto de Fusión Nuclear de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) plantea el uso de materiales nanoestructurados basados en wolframio (W) para el recubrimiento interno de los reactores de fusión nuclear.

Estos materiales se postulan como una alternativa al W masivo, material que se ha utilizado tradicionalmente y que tiene limitaciones muy importantes que restringen la viabilidad del reactor.

El material desarrollado por los expertos consiste en recubrimientos de W nanoestructurado formado por columnas con un diámetro medio en torno a los 100 nanómetros. Los estudios mecánicos realizados ponen de manifiesto que su dureza es cuatro veces mayor que la del W masivo. Además, estudios bajo irradiación evidencian que debido a la nanoestructuración este material presenta propiedades «auto-sanantes».

Esto supone que es capaz de auto-eliminar parte del daño inducido por la irradiación, por lo que el nuevo material es más resistente a la irradiación que el W masivo. La adhesión entre el recubrimiento nanoestructurado y el sustrato –acero u otros– también se estudió con excelentes resultados incluso a temperaturas elevadas.

En la actualidad se trabaja en el diseño de las propiedades de los recubrimientos en base a los parámetros descritos en las especificaciones de diseño variando las condiciones de depósito.

El objetivo es desarrollar nuevos materiales que recubran el interior del reactor nuclear, sin deteriorarse por el efecto de la radiación y de las altas cargas térmicas en periodos de vida que hagan estos reactores económicamente viables. Un argumento similar es el que está detrás de la investigación llevada a cabo en  materiales estructurales para las nuevas generaciones de reactores de fisión nuclear, conocidos como generación III y IV.

Hacia la fuente inagotable de energía

El trabajo “pretende contribuir de forma significativa a hacer posible el sueño de la humanidad de tener una fuente inagotable de energía con alta eficiencia, escasos residuos e intrínsecamente segura” explican. Esto es lo que se consigue con la fusión –unión– de núcleos de deuterio y tritio.

Esta unión, en el caso de fusión inercial, se logra mediante el calentamiento –hasta temperaturas de cientos de millones de grados– del sistema, como resultado de un proceso de compresión uniforme con el láser o rayos X –hasta condiciones de núcleo estelar, varios cientos de gramos por centímetro cúbico– cuyo trabajo mecánico se transforma en térmico en una pequeña masa de materia, progresando el calentamiento como una onda térmica en expansión. “En definitiva se trata de reproducir lo que ocurre en las estrellas, pero a menor escala”, añaden los expertos.

El trabajo de estos investigadores, fruto de una estrecha colaboración entre laboratorios nacionales e internacionales, se financia con fondos provenientes de proyectos científicos nacionales e internacionales, como los del European Fusion Development Agreement (EFDA) y el High Power laser Energy Research (HIPER).

La producción de energía es un factor clave para la sostenibilidad y desarrollo de la sociedad. Dadas las limitaciones existentes en los sistemas de producción actuales, la comunidad científica trabaja en la búsqueda de sistemas alternativos que permitan ese desarrollo sostenible. La energía de fusión es una de las opciones que se baraja para el futuro.