ITER

ITER (originalmente un acrónimo de International Thermonuclear Experimental Reactor , y que también significa "el camino" o "la senda" en latín) ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} es un proyecto internacional de investigación e ingeniería de fusión nuclear diseñado para demostrar la viabilidad de la energía de fusión . La instalación está en construcción cerca del centro de investigación de Cadarache en el sur de Francia. ^{[ 4 ] [ 5 ]} ITER ha estado en construcción desde 2013. Se espera que alcance el primer plasma en 2033-2034, ^{[ 6 ] [ 7 ]} momento en el que será el reactor de fusión más grande del mundo, con un volumen de plasma aproximadamente seis veces mayor que el del JT-60SA de Japón , anteriormente el tokamak más grande . ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

El objetivo a largo plazo de la investigación sobre fusión es generar electricidad; el propósito declarado de ITER es la investigación científica y la demostración tecnológica de un gran reactor de fusión, sin generación de electricidad. ^{[ 11 ] [ 8 ]} Los objetivos de ITER incluyen lograr factores de ganancia de energía de fusión ( Q , la relación entre la potencia térmica de salida y la potencia térmica absorbida por el plasma) de Q = 10 momentáneamente y Q = 5 en estado estacionario; desarrollar tecnologías de energía de fusión que incluyan imanes superconductores , criogenia , calefacción, sistemas de control y diagnóstico, y manejo remoto ; estudiar el plasma en combustión ; probar la producción de tritio ; y demostrar la seguridad de una planta de fusión. ^{[ 9 ] [ 5 ]}

ITER es financiado y operado por siete partes miembros: China , la Unión Europea (UE), India , Japón , Rusia , Corea del Sur y Estados Unidos . Inmediatamente después del Brexit , el Reino Unido continuó participando en ITER a través del programa Fusion for Energy (F4E) de la UE hasta septiembre de 2023. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} Suiza participó a través de Euratom y F4E hasta 2021, ^{[ 15 ]} aunque está preparada para reincorporarse en 2026 tras negociaciones posteriores con la UE . ^{[ 16 ] [ 17 ]} ITER también tiene acuerdos de cooperación con Australia , Canadá , Kazajistán y Tailandia . ^{[ 18 ]}

La construcción del complejo ITER en Francia comenzó en 2013, ^{[ 19 ]} y el ensamblaje del tokamak comenzó en 2020. ^{[ 20 ]} El presupuesto inicial fue cercano a los 6 mil millones de euros, pero se proyecta que el precio total de construcción y operación sea de entre 18 y 22 mil millones de euros; ^{[ 21 ] [ 22 ]} otras estimaciones sitúan el costo total entre 45 mil millones y 65 mil millones de dólares, aunque estas cifras son cuestionadas por ITER. ^{[ 23 ] [ 24 ]} Independientemente del costo final, ITER ya ha sido descrito como el experimento científico más caro de todos los tiempos, ^{[ 25 ]} el proyecto de ingeniería más complejo de la historia de la humanidad, ^{[ 26 ]} y una de las colaboraciones humanas más ambiciosas desde el desarrollo de la Estación Espacial Internacional (presupuesto de 100 mil millones de euros o 150 mil millones de dólares) y el Gran Colisionador de Hadrones (presupuesto de 7.5 mil millones de euros). ^{[ nota 1 ] [ 27 ] [ 28 ]}

Se espera que el sucesor previsto del ITER, el DEMO liderado por EUROfusion , sea uno de los primeros reactores de fusión en producir electricidad en un entorno experimental. ^{[ 29 ]}

La fusión nuclear busca replicar el proceso que tiene lugar en las estrellas, donde el intenso calor en el núcleo fusiona los núcleos y produce grandes cantidades de energía en forma de calor y luz. Aprovechar la energía de fusión en condiciones terrestres proporcionaría energía suficiente para satisfacer la creciente demanda, y hacerlo de manera sostenible con un impacto ambiental relativamente pequeño. Un gramo de mezcla de combustible de deuterio-tritio en el proceso de fusión nuclear produce 90 000 kilovatios-hora de energía, o el equivalente a 11 toneladas de carbón. ^{[ 30 ]}

La fusión nuclear utiliza un enfoque diferente al de la energía nuclear tradicional. Las centrales nucleares actuales se basan en la fisión nuclear, donde el núcleo de un átomo se divide para liberar energía. La fusión nuclear toma múltiples núcleos y utiliza calor intenso para fusionarlos, un proceso que también libera energía. ^{[ 31 ]}

La fusión nuclear tiene muchos atractivos potenciales. El combustible es relativamente abundante o puede producirse en un reactor de fusión. Después de pruebas preliminares con deuterio, ITER utilizará una mezcla de deuterio-tritio para su fusión debido al alto potencial energético de la combinación ^{[ 32 ]} y porque esta reacción de fusión es la más fácil de llevar a cabo. El primer isótopo, el deuterio , puede extraerse del agua de mar , de la cual es un recurso casi inagotable. ^{[ 33 ]} El segundo isótopo, el tritio , solo se encuentra en cantidades ínfimas en la naturaleza y el suministro mundial estimado (producido principalmente por los reactores de fisión CANDU de agua pesada ) es de solo 20 kilogramos por año, insuficiente para las centrales eléctricas. ^{[ 34 ]} ITER probará la tecnología de manto reproductor de tritio que permitiría a un futuro reactor de fusión crear su propio tritio y, por lo tanto, ser autosuficiente. ^{[ 35 ] [ 36 ]} Además, un reactor de fusión prácticamente no produciría emisiones de CO ₂ ni contaminantes atmosféricos, no habría posibilidad de fusión del núcleo y sus productos de desecho radiactivos serían en su mayoría de vida muy corta en comparación con los producidos por los reactores nucleares convencionales (reactores de fisión). ^{[ 37 ]}

El 21 de noviembre de 2006, los siete socios del proyecto acordaron formalmente financiar la creación de un reactor de fusión nuclear. ^{[ 31 ]} Se prevé que el programa dure 30 años: 10 años para la construcción y 20 años de operación. Inicialmente, se esperaba que el ITER costara aproximadamente 5 mil millones de euros. ^{[ 38 ]} Sin embargo, los retrasos, el aumento del precio de las materias primas y los cambios en el diseño inicial han hecho que la estimación presupuestaria oficial aumente a entre 18 mil millones y 20 mil millones de euros. ^{[ 39 ] [ 40 ]}

Se esperaba que la construcción del reactor durara 10 años, e ITER había planeado probar su primer plasma en 2020 y lograr la fusión completa para 2023. En 2024, ITER publicó un nuevo cronograma con operaciones de plasma deuterio-deuterio a partir de 2035. ^{[ 6 ]} La preparación del sitio comenzó cerca de Cadarache centro, Francia, y el presidente francés Emmanuel Macron lanzó la fase de ensamblaje del proyecto en una ceremonia en 2020. ^{[ 41 ]} Según el cronograma revisado, el trabajo para lograr la primera descarga de plasma de hidrógeno estaba completado en un 70% a mediados de 2020 y se consideraba que iba por buen camino. ^{[ 42 ]}

Uno de los objetivos del ITER es un valor Q ("ganancia de fusión") de 10. Q = 1 se denomina "punto de equilibrio". El mejor resultado alcanzado en un tokamak es 0,67 en el tokamak JET . ^{[ 43 ]} El mejor resultado alcanzado para la fusión en general es Q = 4,13, logrado en un experimento de fusión por confinamiento inercial (FCI) por la National Ignition Facility en abril de 2025. ^{[ 44 ]}

Para las centrales de fusión comerciales, el factor de ganancia de ingeniería es importante. El factor de ganancia de ingeniería se define como la relación entre la potencia eléctrica de salida de una planta y la potencia eléctrica de entrada de todos sus sistemas internos (sistemas de calentamiento externo del tokamak, electroimanes, planta criogénica, sistemas de diagnóstico y control, etc.). ^{[ 45 ]} Las centrales de fusión comerciales se diseñarán teniendo en cuenta el punto de equilibrio de ingeniería (véase DEMO ). Algunos ingenieros nucleares consideran que se requiere un Q de 100 para que las centrales de fusión comerciales sean viables. ^{[ 46 ]}

ITER no producirá electricidad. La producción de electricidad a partir de fuentes térmicas es un proceso bien conocido (utilizado en muchas centrales eléctricas) e ITER no funcionará con una producción de energía de fusión significativa de forma continua. Añadir la producción de electricidad a ITER aumentaría el coste del proyecto y no aportaría ningún valor a los experimentos en el tokamak. Los reactores de clase DEMO que se planean para después de ITER tienen como objetivo demostrar la producción neta de electricidad. ^{[ 47 ]}

Uno de los objetivos principales de ITER es lograr un estado de " plasma ardiente ". El plasma ardiente es el estado del plasma cuando más del 50% de la energía recibida para el calentamiento del plasma proviene de reacciones de fusión (no de fuentes externas). Ningún reactor de fusión había creado un plasma ardiente hasta que el proyecto de fusión NIF, su competidor, alcanzó el hito el 8 de agosto de 2021 utilizando confinamiento inercial. ^{[ 48 ] [ 49 ]} A valores de Q _DT más altos , las reacciones de fusión producirán progresivamente partes mayores de la potencia de calentamiento del plasma. ^{[ 50 ]} Esto reduce la potencia necesaria de los sistemas de calentamiento externos a valores altos de Q _DT . Cuanto más grande es un tokamak, más energía producida por las reacciones de fusión se conserva para el calentamiento interno del plasma (y menos calentamiento externo se requiere), lo que también mejora su valor Q. Así es como ITER planea escalar su reactor tokamak.

El reactor de fusión termonuclear del ITER utilizará más de 300  MW de energía eléctrica para hacer que el plasma absorba 50 MW de energía térmica, creando 500 MW de calor por fusión durante periodos de 400 a 600 segundos. ^{[ 51 ]} Esto significaría una ganancia diez veces mayor de la potencia de calentamiento del plasma Q _DT , medida como la entrada de calor a la salida térmica, o Q _DT ≥ 10. ^{[ 52 ]} El valor récord de la relación entre la potencia de fusión producida en el núcleo de un tokamak y la potencia de calentamiento aplicada que entra en el núcleo Q core _es 1,3 en el experimento JET Joint European Torus calculado utilizando el código TRANSP ^{[ 53 ]} A partir de 2022  El récord de producción de energía mediante fusión nuclear lo ostenta el reactor de la Instalación Nacional de Ignición , que alcanzó un Q _core de 1,5 en diciembre de 2022. ^{[ 44 ]} Más allá de calentar el plasma, la electricidad total consumida por el reactor y las instalaciones oscilará entre 110  MW y 620  MW de pico durante periodos de 30 segundos durante el funcionamiento del plasma. ^{[ 54 ]} Como reactor de investigación, la energía térmica generada no se convertirá en electricidad, sino que simplemente se disipará . ^{[ 5 ] [ 55 ] [ 56 ]}

La cooperación internacional inicial para un proyecto de fusión nuclear que fue la base del ITER comenzó en 1978 ^{[ 57 ] [ 58 ]} con el Reactor Tokamak Internacional, o INTOR, que tenía cuatro socios: la Unión Soviética, la Comunidad Europea de la Energía Atómica , Estados Unidos y Japón. Sin embargo, el proyecto INTOR se estancó hasta que Mijaíl Gorbachov se convirtió en secretario general del Partido Comunista de la Unión Soviética en marzo de 1985. Gorbachov reavivó el interés en un proyecto de fusión colaborativo en una reunión de octubre de 1985 con el presidente francés François Mitterrand , y luego la idea se desarrolló aún más en noviembre de 1985 en la Cumbre de Ginebra con Ronald Reagan . ^{[ 59 ] [ 60 ] [ 61 ]}

Los preparativos para la cumbre Gorbachov-Reagan demostraron que no existían acuerdos tangibles en marcha. Sin embargo, el proyecto ITER cobraba impulso en los círculos políticos gracias al trabajo discreto de dos físicos: el científico estadounidense Alvin Trivelpiece , quien fue director de la Oficina de Investigación Energética en la década de 1980, y el científico ruso Evgeny Velikhov, quien posteriormente dirigiría el Instituto Kurchatov de investigación nuclear. Ambos científicos apoyaban un proyecto para construir un reactor de fusión de demostración. En aquel entonces, la investigación sobre fusión magnética se llevaba a cabo en Japón, Europa, la Unión Soviética y Estados Unidos, pero Trivelpiece y Velikhov creían que dar el siguiente paso en la investigación de la fusión estaría fuera del alcance del presupuesto de cualquiera de las naciones clave y que la colaboración internacional sería útil. ^{[ 62 ]}

Michael Robert, director de Programas Internacionales de la Oficina de Energía de Fusión del Departamento de Energía de Estados Unidos, explica que: «En septiembre de 1985, dirigí un equipo científico estadounidense a Moscú como parte de nuestras actividades bilaterales de fusión. Un día, durante un almuerzo, Velikhov me propuso la idea de que la URSS y Estados Unidos colaboraran para desarrollar un reactor de fusión. Mi respuesta fue "una gran idea", pero desde mi posición, no tenía la capacidad de presentar esa idea al Presidente». ^{[ 63 ]}

Este impulso a la cooperación en fusión nuclear se cita como un momento clave de la diplomacia científica , pero no obstante, estalló una importante lucha burocrática en el gobierno estadounidense en torno al proyecto. Un argumento en contra de la colaboración era que los soviéticos la usarían para robar tecnología y experiencia estadounidenses. Un segundo argumento era simbólico e implicaba críticas estadounidenses al trato que recibía el físico soviético Andrei Sakharov . Sakharov fue uno de los primeros defensores del uso pacífico de la tecnología nuclear y, junto con Igor Tamm, desarrolló la idea del tokamak, que es fundamental para la investigación de la fusión nuclear. ^{[ 64 ]} Sin embargo, Sakharov también apoyaba mayores libertades civiles en la Unión Soviética, y su activismo le valió tanto el Premio Nobel de la Paz de 1975 como el exilio interno en Rusia, al que se opuso realizando múltiples huelgas de hambre. ^{[ 65 ]} El Consejo de Seguridad Nacional de Estados Unidos convocó una reunión bajo la dirección de William Flynn Martin para discutir el proyecto de fusión nuclear, que resultó en un consenso de que Estados Unidos debía seguir adelante con el proyecto.

Martin, como Secretario Ejecutivo (Jefe de Gabinete) del Consejo de Seguridad Nacional, acompañó al Presidente Reagan a la Cumbre de Ginebra, donde concluyó el acuerdo con el asesor científico de Gorbachov, Evgeny Velikhov. Esto propició que se debatiera la cooperación en fusión nuclear en la cumbre de Ginebra y la publicación de una histórica declaración conjunta de Reagan y Gorbachov que enfatizaba «la importancia potencial del trabajo destinado a utilizar la fusión termonuclear controlada con fines pacíficos y, en este sentido, abogaba por el desarrollo más amplio posible de la cooperación internacional para obtener esta fuente de energía, que es esencialmente inagotable, en beneficio de toda la humanidad». ^{[ 66 ] [ 67 ]} Para la comunidad de fusión, esta declaración fue un hito, y se reforzó cuando Reagan evocó las posibilidades de la fusión nuclear en una Sesión Conjunta del Congreso más adelante ese mismo mes. ^{[ 63 ]}

Como resultado, la colaboración en un experimento internacional de fusión comenzó a avanzar. En octubre de 1986, en la Cumbre de Reikiavik , se formó el llamado «Comité de Iniciativa Cuatripartita» (Europa a través de los países de Euratom, Japón, la URSS y los EE. UU.) para supervisar el desarrollo del proyecto. ^{[ 68 ]} Al año siguiente, en marzo de 1987, el Comité de Iniciativa Cuatripartita se reunió en la sede del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) en Viena. Esta reunión marcó el inicio de los estudios de diseño conceptual para los reactores experimentales, así como el comienzo de las negociaciones sobre cuestiones operativas, tales como los fundamentos legales para el uso pacífico de la tecnología de fusión, la estructura organizativa y el personal, y la ubicación final del proyecto. En esta reunión en Viena también se bautizó al proyecto como Reactor Termonuclear Experimental Internacional, aunque rápidamente se le denominó simplemente por su abreviatura y su significado en latín de «el camino». ^{[ 63 ]}

Las fases de diseño conceptual y de ingeniería se llevaron a cabo bajo los auspicios del OIEA. ^{[ 69 ]} Los objetivos técnicos originales se establecieron en 1992 y las Actividades de Diseño de Ingeniería (EDA) originales se completaron en 1998. ^{[ 70 ]} Un diseño detallado aceptable fue validado en julio de 2001 para completar el período extendido de EDA, y el diseño validado pasó luego por una Revisión de Diseño que comenzó en noviembre de 2006 y concluyó en diciembre de 2007. ^{[ 71 ] [ 72 ]} El proceso de diseño fue difícil debido a discusiones sobre cuestiones como si debían existir secciones transversales circulares para el confinamiento magnético o secciones transversales en forma de D. Estas cuestiones fueron en parte responsables de que Estados Unidos se retirara temporalmente del proyecto en 1998 antes de reincorporarse en 2003. ^{[ 68 ]}

En ese mismo momento, el grupo de socios de ITER se estaba expandiendo; China y Corea del Sur se unieron al proyecto en 2003 e India se unió formalmente en 2005. ^{[ 73 ] [ 74 ] [ 75 ]}

Hubo una reñida competencia para albergar el proyecto ITER, y los candidatos se redujeron a dos posibles ubicaciones: Francia y Japón. Rusia, China y la Unión Europea apoyaron la elección de Cadarache en Francia, mientras que Estados Unidos, Corea del Sur y Japón apoyaron la elección de Rokkasho en Japón. ^{[ 68 ]} En junio de 2005, se anunció oficialmente que ITER se construiría en el sur de Francia, en el sitio de Cadarache. ^{[ 5 ]} Las negociaciones que llevaron a la decisión terminaron en un compromiso entre la UE y Japón, por el cual se le prometió a Japón el 20% del personal de investigación en la ubicación francesa de ITER, así como el jefe del órgano administrativo de ITER. Además, se acordó que el 8% del presupuesto de construcción de ITER se destinaría a instalaciones asociadas que se construirían en Japón. ^{[ 76 ]}

El 21 de noviembre de 2006, en una ceremonia oficiada por el presidente francés Jacques Chirac en el Palacio del Elíseo de París, un consorcio internacional firmó un acuerdo formal para la construcción del reactor. ^{[ 77 ]} Los trabajos iniciales para preparar el terreno para la construcción comenzaron en Cadarache en marzo de 2007 y, una vez ratificado este acuerdo por todos los socios, la Organización ITER se estableció oficialmente el 24 de octubre de 2007. ^{[ 78 ]}

En 2016, Australia se convirtió en el primer socio no miembro del proyecto. ITER firmó un acuerdo de cooperación técnica con la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO), otorgando a este país acceso a los resultados de investigación de ITER a cambio de la construcción de partes seleccionadas de la máquina ITER. ^{[ 79 ] [ 80 ]} En 2017, Kazajstán firmó un acuerdo de cooperación que sentó las bases para la colaboración técnica entre el Centro Nuclear Nacional de la República de Kazajstán e ITER. ^{[ 81 ]} Más recientemente, después de colaborar con ITER en las primeras etapas del proyecto, Canadá firmó un acuerdo de cooperación en 2020 centrado en el tritio y los equipos relacionados con el tritio. ^{[ 82 ]}

El proyecto inició su fase de ensamblaje en julio de 2020, inaugurada por el presidente francés Emmanuel Macron en presencia de otros miembros del proyecto ITER. ^{[ 83 ]}

ITER está supervisado por un órgano rector conocido como el Consejo de ITER, compuesto por representantes de los siete signatarios del Acuerdo de ITER. El Consejo de ITER es responsable de la dirección general de la organización y decide cuestiones como el presupuesto. ^{[ 84 ]} El Consejo de ITER también nombra al director general del proyecto. Hasta la fecha ha habido cinco directores generales: ^{[ 85 ]}

• 2005-2010: Kaname Ikeda
• 2010–2015: Osamu Motojima
• 2015–2022: Bernard Bigot
• 2022: Eisuke Tada (en funciones)
• 2022-presente: Pietro Barabaschi ^{[ 86 ]}

Bernard Bigot fue designado para reformar la gestión y la gobernanza del proyecto ITER en 2015. ^{[ 87 ]} En enero de 2019, el Consejo de ITER votó por unanimidad para reelegir a Bigot para un segundo mandato de cinco años. ^{[ 88 ]} Bigot falleció el 14 de mayo de 2022, y su adjunto, Eisuke Tada, asumió el liderazgo de ITER durante el proceso de búsqueda del nuevo director. ^{[ 89 ]}

La misión declarada del ITER es demostrar la viabilidad de la energía de fusión como una fuente de energía a gran escala y libre de carbono. ^{[ 90 ]} Más específicamente, el proyecto tiene como objetivos:

• Producir momentáneamente un plasma de fusión con una potencia térmica diez veces mayor que la potencia térmica inyectada (un valor Q _DT de 10).
• Producir un plasma en estado estacionario con un valor Q _DT mayor que 5. (Q _DT = 1 es el punto de equilibrio científico, tal como se define en el factor de ganancia de energía de fusión ).
• Mantenga un pulso de fusión durante un máximo de 8 minutos.
• Desarrollar las tecnologías y los procesos necesarios para una central de fusión nuclear, incluidos los imanes superconductores y la manipulación remota (mantenimiento mediante robots).
• Verificar los conceptos de reproducción del tritio .
• Perfeccionar la tecnología de blindaje de neutrones/conversión de calor (la mayor parte de la energía en la reacción de fusión D+T se libera en forma de neutrones rápidos).
• Experimento con estado de plasma en combustión. ^{[ 48 ] [ 50 ]}

Los objetivos del proyecto ITER no se limitan a la creación del dispositivo de fusión nuclear, sino que son mucho más amplios, incluyendo el desarrollo de las capacidades técnicas, organizativas y logísticas necesarias, así como las habilidades, herramientas, cadenas de suministro y cultura que permitan la gestión de tales megaproyectos entre los países participantes, impulsando sus industrias locales de fusión nuclear. ^{[ 91 ] [ 5 ]}

A partir de abril de 2022 ITER estaba cerca del 85% de su finalización para el primer plasma. ^{[ 92 ]} El primer plasma estaba programado para finales de 2025, ^{[ 93 ] [ 94 ]} sin embargo, en 2023 se reconocieron retrasos que afectarían este objetivo. En julio de 2024, ITER anunció un nuevo cronograma que incluía la corriente de plasma completa en 2034, el inicio de las operaciones con un plasma de deuterio-deuterio en 2035 y las operaciones de deuterio-tritio en 2039. ^{[ 6 ]}

El inicio del proyecto se remonta a 1978, cuando la Comisión Europea , Japón , Estados Unidos y la URSS se unieron para el Taller Internacional sobre Reactores Tokamak (INTOR). Esta iniciativa se llevó a cabo bajo los auspicios del Organismo Internacional de Energía Atómica y sus objetivos eran evaluar la preparación de la fusión magnética para avanzar a la etapa del reactor de potencia experimental (EPR), identificar la I+D adicional que debía emprenderse y definir las características de dicho EPR mediante un diseño conceptual. Desde 1978 hasta mediados de la década de 1980, cientos de científicos e ingenieros de fusión de cada país participante participaron en una evaluación detallada del sistema de confinamiento del tokamak y las posibilidades de diseño para aprovechar la energía de fusión nuclear. ^{[ 95 ] [ 96 ]}

En 1985, en la cumbre de Ginebra , Mijaíl Gorbachov sugirió a Ronald Reagan que ambos países emprendieran conjuntamente la construcción de un tokamak EPR, tal como lo propuso el Taller INTOR. El proyecto ITER se inició en 1988. ^{[ 97 ]}

La primera piedra se colocó en 2007 ^{[ 98 ]} y la construcción del complejo tokamak ITER comenzó en 2013. ^{[ 99 ]}

El ensamblaje de la máquina se inició el 28 de julio de 2020. ^{[ 100 ]} Se esperaba que la construcción de la instalación se completara en 2025, cuando se pudiera iniciar la puesta en marcha del reactor y se programó que los experimentos iniciales de plasma comenzaran a finales de ese año. ^{[ 101 ]} Cuando ITER entre en funcionamiento, será el experimento de física de plasma de confinamiento magnético más grande en uso, con un volumen de plasma de 840 metros cúbicos, ^{[ 102 ]} superando al Joint European Torus por un factor de 8.

En 2023, la organización ITER tomó la decisión oficial de reemplazar el material de la primera pared que da al plasma, de berilio a tungsteno . Esto se hizo para alinear ITER con el consenso de todos los futuros diseños de plasma de combustión que utilizan tungsteno como material de blindaje. Además, existían muchas preocupaciones sobre el uso de berilio como material principal de la primera pared. El berilio es un metal altamente tóxico y el polvo generado por la erosión planteaba problemas de seguridad para el mantenimiento. Modelos recientes también habían sugerido que se produciría una fusión intensa durante eventos de plasma anómalos, lo que provocaría una falla prematura de la primera pared. ^{[ 103 ]}

El 3 de julio de 2024, el director general del ITER, Pietro Barabaschi, anunció que la primera producción de plasma del proyecto no tendrá lugar hasta, al menos, 2033. La energía de los imanes se producirá no antes de 2036, en lugar de 2033, como se había previsto inicialmente en 2016. Además, afirmó que el coste de reparar algunas piezas defectuosas se estimaba en 5.000 millones de euros. ^{[ 104 ] [ 7 ]}

Cuando el deuterio y el tritio se fusionan, dos núcleos se unen para formar un núcleo de helio (una partícula alfa ) y un neutrón de alta energía . ^{[ 120 ]}

² H + ³ H → ⁴ He + ¹ ₀ n +17,59 MeV 

Si bien casi todos los isótopos estables más ligeros en la tabla periódica que el hierro-56 y el níquel-62 , que tienen la mayor energía de enlace por nucleón , se fusionarán con algún otro isótopo y liberarán energía, el deuterio y el tritio son, con mucho, los más atractivos para la generación de energía, ya que requieren la menor energía de activación (y, por lo tanto, la menor temperatura) para hacerlo, a la vez que producen una de las mayores energías por unidad de peso. ^{[ 121 ]}

Todas las estrellas protoestelares y de mediana edad irradian enormes cantidades de energía generada por procesos de fusión. ^{[ 122 ]} La fusión de deuterio-tritio libera, por unidad de masa, aproximadamente tres veces más energía que la fisión de uranio-235, y millones de veces más energía que una reacción química como la combustión del carbón. ^{[ 123 ]} El objetivo de una central eléctrica de fusión es aprovechar esta energía para producir electricidad.

Las energías de activación (en la mayoría de los sistemas de fusión, esta es la temperatura necesaria para iniciar la reacción) para la fusión son generalmente altas porque los protones en cada núcleo se repelen fuertemente entre sí, ya que cada uno tiene la misma carga positiva . Una heurística para estimar las tasas de reacción es que los núcleos deben poder acercarse a 100 femtómetros (10⁻¹³ ^metros ) entre sí, donde los núcleos tienen una probabilidad cada vez mayor de experimentar tunelización cuántica más allá de la barrera electrostática y el punto de inflexión donde la fuerza nuclear fuerte y la fuerza electrostática están igualmente equilibradas, lo que les permite fusionarse. En ITER, esta distancia de aproximación es posible gracias a las altas temperaturas y el confinamiento magnético. ITER utiliza equipos de enfriamiento como una bomba criogénica para enfriar los imanes a casi cero absoluto . ^{[ 124 ]} Las altas temperaturas dan a los núcleos suficiente energía para superar su repulsión electrostática (ver distribución de Maxwell-Boltzmann ). Para el deuterio y el tritio, las tasas de reacción óptimas ocurren a temperaturas superiores a 10⁸ ^kelvin . ^{[ 125 ]} En ITER, el plasma se calentará a 150 millones de kelvin (aproximadamente diez veces la temperatura del núcleo del Sol ) ^{[ 126 ]} mediante calentamiento óhmico (haciendo pasar una corriente a través del plasma). Se aplica calentamiento adicional mediante inyección de haces neutros (que cruzan las líneas del campo magnético sin una desviación neta y no causarán una gran perturbación electromagnética) y calentamiento por radiofrecuencia (RF) o microondas . ^{[ 127 ]}

A temperaturas tan elevadas, las partículas poseen una gran energía cinética y, por lo tanto, una gran velocidad. Si no se confinan, las partículas escaparán rápidamente, llevándose consigo la energía y enfriando el plasma hasta el punto en que ya no se produce energía neta. Un reactor exitoso necesitaría contener las partículas en un volumen suficientemente pequeño durante el tiempo suficiente para que gran parte del plasma se fusione. ^{[ 128 ]} En ITER y muchos otros reactores de confinamiento magnético , el plasma, un gas de partículas cargadas, se confina mediante campos magnéticos. Una partícula cargada que se mueve a través de un campo magnético experimenta una fuerza perpendicular a la dirección de desplazamiento, lo que resulta en una aceleración centrípeta , confinándola así a moverse en un círculo o hélice alrededor de las líneas de flujo magnético. ^{[ 129 ]} ITER utilizará cuatro tipos de imanes para contener el plasma: un imán solenoide central, imanes poloidales alrededor de los bordes del tokamak, 18 bobinas de campo toroidal en forma de D y bobinas de corrección. ^{[ 130 ]}

También se necesita un recipiente de confinamiento sólido, tanto para proteger los imanes y otros equipos de las altas temperaturas y los fotones y partículas energéticas, como para mantener un vacío casi total para que el plasma se desarrolle. ^{[ 131 ]} El recipiente de contención está sometido a un bombardeo constante de partículas muy energéticas, donde electrones, iones, fotones, partículas alfa y neutrones lo atacan continuamente y degradan su estructura. El material debe diseñarse para soportar este entorno de manera que la central eléctrica sea económicamente viable. Se realizarán pruebas de dichos materiales tanto en ITER como en IFMIF (Instalación Internacional de Irradiación de Materiales de Fusión). ^{[ 132 ]}

Una vez iniciada la fusión, los neutrones de alta energía irradiarán desde las regiones reactivas del plasma, cruzando fácilmente las líneas del campo magnético debido a la neutralidad de carga (véase flujo de neutrones ). Dado que son los neutrones los que reciben la mayor parte de la energía, serán la principal fuente de producción de energía del ITER. ^{[ 133 ]} Idealmente, las partículas alfa gastarán su energía en el plasma, calentándolo aún más. ^{[ 134 ]}

La pared interior del recipiente de contención tendrá 440 módulos de manto diseñados para ralentizar y absorber neutrones de manera fiable y eficiente, protegiendo así la estructura de acero y los imanes de campo toroidal superconductores. ^{[ 135 ]} En etapas posteriores del proyecto ITER, se utilizarán módulos de manto experimentales para probar la generación de tritio para combustible a partir de guijarros cerámicos que contienen litio, contenidos dentro del módulo de manto, siguiendo las siguientes reacciones:

¹ ₀ norte+ ⁶ ₃ Li→ ³ ₁ T+ ⁴ ₂ Él

¹ ₀ norte+ ⁷ ₃ Li→ ³ ₁ T+ ⁴ ₂ Él+ ¹ ₀ norte

donde el neutrón reactivo es suministrado por la reacción de fusión DT. ^{[ 136 ]}

La energía absorbida de los neutrones rápidos se extrae y se transfiere al refrigerante primario. Esta energía térmica se utilizaría entonces para alimentar una turbina generadora de electricidad en una central eléctrica real; en ITER, este sistema de generación de electricidad no es de interés científico, por lo que en su lugar se extraerá y se eliminará el calor. ^{[ 137 ]}

El proceso de selección de una ubicación para ITER fue largo y tedioso. Japón propuso un sitio en Rokkasho. ^{[ 175 ]} Se consideraron dos sitios europeos, el sitio de Cadarache en Francia y el sitio de Vandellòs en España, pero el Consejo Europeo de Competitividad designó a Cadarache como su candidato oficial en noviembre de 2003. ^{[ 176 ]} Además, Canadá anunció una oferta para el sitio en Clarington en mayo de 2001, pero se retiró de la carrera en 2003. ^{[ 177 ] [ 178 ]}

A partir de ese momento, la elección se redujo a Francia y Japón. El 3 de mayo de 2005, la UE y Japón acordaron un proceso que resolvería su disputa en julio. En la reunión final celebrada en Moscú el 28 de junio de 2005, las partes participantes acordaron construir el ITER en Cadarache, con Japón recibiendo una asociación privilegiada que incluía un director general japonés para el proyecto y un paquete financiero para la construcción de instalaciones en Japón. ^{[ 179 ]}

Fusion for Energy , la agencia de la UE encargada de la contribución europea al proyecto, tiene su sede en Barcelona , ​​España. Fusion for Energy (F4E) es la Empresa Común de la Unión Europea para ITER y el Desarrollo de la Energía de Fusión. Según la página web de la agencia:

F4E es responsable de proporcionar la contribución de Europa a ITER, la mayor asociación científica del mundo que tiene como objetivo demostrar la fusión como una fuente de energía viable y sostenible. [...] F4E también apoya iniciativas de investigación y desarrollo de la fusión [...] ^{[ 180 ]}

La instalación de prueba de haces neutros del ITER, destinada al desarrollo y optimización del prototipo de inyector de haces neutros, se está construyendo en Padua , Italia . ^{[ 181 ]} Será la única instalación del ITER fuera del sitio de Cadarache.

La mayoría de los edificios del ITER estarán o han estado revestidos con un patrón alterno de acero inoxidable reflectante y metal lacado gris. Esto se hizo por razones estéticas, para integrar los edificios con su entorno y para mejorar el aislamiento térmico . ^{[ 182 ]}

Actualmente hay siete signatarios del Acuerdo ITER: China , la Unión Europea , India , Japón , Rusia , Corea del Sur y Estados Unidos . ^{[ 18 ]}

Como consecuencia del Brexit , el Reino Unido se retiró formalmente de Euratom el 31 de enero de 2020. Sin embargo, según los términos del Acuerdo de Comercio y Cooperación UE-Reino Unido , el Reino Unido inicialmente siguió siendo miembro de ITER como parte de Fusion for Energy tras el fin del período de transición el 31 de diciembre de 2020. ^{[ 183 ] [ 184 ]} No obstante, en 2023, el Reino Unido interrumpió su participación en Fusion for Energy y, en 2024, decidió no solicitar la membresía en ITER de forma independiente de la UE. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

En marzo de 2009, Suiza, miembro asociado de Euratom desde 1979, también ratificó la adhesión del país a la iniciativa Fusión para la Energía como tercer país miembro. ^{[ 185 ]}

En 2016, ITER anunció una asociación con Australia para la "cooperación técnica en áreas de beneficio e interés mutuos", pero sin que Australia se convirtiera en miembro de pleno derecho. ^{[ 80 ]} Al año siguiente, ITER firmó un Acuerdo de Cooperación con Kazajstán . ^{[ 81 ] [ 186 ]}

Tailandia también tiene un papel oficial en el proyecto tras la firma de un acuerdo de cooperación entre el ITER y el Instituto Tailandés de Tecnología Nuclear en 2018. El acuerdo ofrece cursos y conferencias a estudiantes y científicos tailandeses y facilita las relaciones entre Tailandia y el proyecto ITER. ^{[ 187 ]}

Canadá fue miembro de pleno derecho, pero se retiró por falta de financiación del gobierno federal; esto también provocó que Canadá retirara su candidatura para albergar el sitio del ITER en 2003. Canadá se reincorporó al proyecto en 2020 mediante un acuerdo de cooperación centrado en el tritio y los equipos relacionados con el tritio. ^{[ 82 ]}

El trabajo de ITER es supervisado por el Consejo de ITER, que tiene la autoridad para nombrar personal superior, modificar reglamentos, decidir sobre cuestiones presupuestarias y permitir que otros estados u organizaciones participen en ITER. ^{[ 188 ]} El actual Presidente del Consejo de ITER es Won Namkung, ^{[ 189 ]} y el Director General interino de ITER es Eisuke Tada.

Cada miembro del proyecto ITER —la Unión Europea, China, India, Japón, Corea, Rusia y Estados Unidos— ha creado una agencia nacional para cumplir con sus contribuciones y responsabilidades de adquisición. Estas agencias emplean a su propio personal, tienen su propio presupuesto y supervisan directamente todos los contratos industriales y subcontrataciones. ^{[ 194 ]}

En 2006, el Acuerdo ITER se firmó sobre la base de un costo estimado de 5900 millones de euros durante un período de diez años. En 2008, como resultado de una revisión del diseño, la estimación se revisó al alza hasta aproximadamente 19000 millones de euros. ^{[ 213 ]} A partir de 2016, se espera que el costo total de construcción y operación del experimento supere los 22000 millones de euros, ^{[ 21 ]} un aumento de 4600 millones de euros con respecto a su estimación de 2010, ^{[ 214 ]} y de 9600 millones de euros con respecto a la estimación de 2009. ^{[ 215 ]}

En la conferencia de junio de 2005 en Moscú, los miembros participantes de la cooperación ITER acordaron la siguiente división de las contribuciones financieras para la fase de construcción: 45,4% por el miembro anfitrión, la Unión Europea, y el resto se repartió entre los miembros no anfitriones a razón de 9,1% cada uno para China, India, Japón, Corea del Sur, la Federación Rusa y los EE. UU. ^{[ 216 ] [ 217 ] [ 218 ]} Durante las fases de operación y desactivación, Euratom contribuirá con el 34% de los costos totales; ^{[ 219 ]} Japón y los Estados Unidos con el 13%; y China, India, Corea y Rusia con el 10%. ^{[ 220 ]}

El noventa por ciento de las contribuciones se entregarán "en especie" utilizando la moneda propia de ITER, las Unidades de Cuenta de ITER (IUA). ^{[ 28 ]} Aunque la contribución financiera de Japón como miembro no anfitrión es una onceava parte del total, la UE acordó otorgarle un estatus especial para que Japón proporcione dos onceavas partes del personal de investigación en Cadarache y se le adjudiquen dos onceavas partes de los contratos de construcción, mientras que las contribuciones de la Unión Europea para el personal y los componentes de construcción se reducirán de cinco onceavas partes a cuatro onceavas partes.

La contribución estadounidense al ITER ha sido objeto de debate. El Departamento de Energía de los Estados Unidos (USDOE) estimó que los costos totales de construcción hasta 2025, incluyendo las contribuciones en especie, serían de 65 mil millones de dólares, aunque el ITER cuestiona este cálculo. ^{[ 24 ]} Tras reducir la financiación del ITER en 2017, Estados Unidos terminó duplicando su presupuesto inicial a 122 millones de dólares en contribuciones en especie en 2018. ^{[ 221 ]} Se estima que la contribución total al ITER para el año 2020 fue de 247 millones de dólares, una cantidad que forma parte del programa de Ciencias de la Energía de Fusión del USDOE. ^{[ 222 ]} Bajo un plan estratégico para guiar los esfuerzos estadounidenses en energía de fusión, aprobado en enero de 2021, el USDOE instruyó al Comité Asesor de Ciencias de la Energía de Fusión a asumir que Estados Unidos continuaría financiando el ITER durante un período de diez años. ^{[ 223 ]}

El apoyo al presupuesto europeo para ITER también ha variado a lo largo del proyecto. En diciembre de 2010 se informó que el Parlamento Europeo había rechazado aprobar un plan de los Estados miembros para reasignar 1.400 millones de euros del presupuesto para cubrir un déficit en los costes de construcción de ITER en 2012-13. El cierre del presupuesto de 2010 obligó a revisar este plan de financiación, y la Comisión Europea (CE) se vio forzada a presentar una propuesta de resolución presupuestaria para ITER en 2011. ^{[ 224 ]} Finalmente, la contribución europea a ITER para el período 2014-2020 se fijó en 2.900 millones de euros. ^{[ 225 ]} Más recientemente, en febrero de 2021, el Consejo Europeo aprobó una financiación de 5.610 millones de euros para ITER para el período 2021-2027. ^{[ 226 ]}

La construcción del tokamak ITER se ha comparado con el ensamblaje de un "gigantesco rompecabezas tridimensional" debido a que las piezas se fabrican en todo el mundo y luego se envían a Francia para su ensamblaje. ^{[ 227 ]} Este sistema de ensamblaje es el resultado del Acuerdo ITER, que estipula que las contribuciones de los miembros serían principalmente en especie, con los países fabricando componentes en lugar de aportar dinero. Este sistema se ideó para proporcionar estímulo económico y experiencia en fusión a los países que financian el proyecto, y el marco general exigía que el 90 % de las contribuciones de los miembros fueran en materiales o componentes y el 10 % en dinero. ^{[ 228 ]}

Como resultado, se han firmado más de 2800 contratos de diseño o fabricación desde el lanzamiento del proyecto. ^{[ 229 ]} Según una estimación de 2017 de la ministra francesa de Investigación, Educación e Innovación, Frédérique Vidal , había 500 empresas involucradas en la construcción del ITER y Bernard Bigot afirmó que se habían adjudicado 7 mil millones de euros en contratos a contratistas principales solo en Europa desde 2007. ^{[ 230 ] [ 231 ]}

El ensamblaje general de la instalación tokamak se supervisa mediante un contrato de 174 millones de euros adjudicado a Momentum, una empresa conjunta entre Amec Foster Wheeler (Gran Bretaña), Assystem (Francia) y Kepco (Corea del Sur). ^{[ 232 ]} Una de las mayores licitaciones fue un contrato de 530 millones de euros para sistemas HVAC y equipos mecánicos y eléctricos que se adjudicó a un consorcio europeo formado por ENGIE (Francia) y Exyte (Alemania). ^{[ 233 ]} Un contrato de ensamblaje de tokamak por valor de 200 millones de euros también se adjudicó a un consorcio europeo, Dynamic, que incluye a las empresas Ansaldo Energia (Italia), ENGIE (Francia) y SIMIC (Italia). ^{[ 234 ]} El conglomerado industrial francés Daher recibió más de 100 millones de euros en contratos de logística para ITER, que incluyen el envío de los componentes pesados ​​de los diferentes fabricantes de todo el mundo. ^{[ 235 ] [ 236 ]}

En Estados Unidos, el proyecto US ITER ha adjudicado contratos por valor de 1300 millones de dólares a empresas estadounidenses desde su inicio, y se estima que aún quedan por adjudicar contratos por valor de 800 millones de dólares. ^{[ 237 ]} Entre los principales contratos estadounidenses se incluye la selección de General Atomics para diseñar y fabricar el crucial imán solenoide central. ^{[ 238 ]}

En 2019, el consorcio chino liderado por China Nuclear Power Engineering Corporation firmó un contrato para el ensamblaje de máquinas en ITER que fue el mayor contrato de energía nuclear jamás firmado por una empresa china en Europa. ^{[ 239 ]}

Rusia está suministrando sistemas de imanes e inyección al vacío para el ITER, cuya construcción se lleva a cabo en el astillero Sredne-Nevsky en San Petersburgo. ^{[ 240 ]}

En India, el contrato para la construcción del criostato, una de las piezas fundamentales del tokamak, se adjudicó a Larsen & Toubro , que también tiene contratos para sistemas de refrigeración por agua del ITER. ^{[ 241 ]} InoxCVA, una empresa del Grupo Inox, suministrará criolíneas para el proyecto ITER. ^{[ 242 ] [ 243 ]}

Dos de los líderes industriales de Japón, Toshiba Energy Systems & Solutions y Mitsubishi Heavy Industries , tienen contratos para fabricar las bobinas de campo toroidales para ITER. ^{[ 240 ]} La construcción de otra parte clave del tokamak, la cámara de vacío, se adjudicó a Hyundai Heavy Industries y se está construyendo en Corea. ^{[ 244 ]}

En 2023 se reconocieron retrasos que afectarían el objetivo de crear plasma para 2025; se esperaba que se pudiera mantener el objetivo de fusión completa para 2035. ^{[ 245 ]} En julio de 2024 se publicó un nuevo cronograma, que establecía como objetivo la primera generación de plasma a mediados de la década de 2030 y el inicio de las operaciones de deuterio-tritio para 2039. ^{[ 6 ]}

El proyecto ITER ha sido criticado por cuestiones como sus posibles impactos ambientales, su utilidad como respuesta al cambio climático, el diseño de su tokamak y la forma en que se han expresado los objetivos del experimento.

Cuando en 2005 se anunció que Francia sería la sede del proyecto ITER, varios ecologistas europeos manifestaron su oposición. Por ejemplo, el político francés Noël Mamère argumentó que la lucha contra el calentamiento global se vería perjudicada por el ITER: «Esto no son buenas noticias para la lucha contra el efecto invernadero, porque vamos a invertir diez mil millones de euros en un proyecto con una vida útil de 30 a 50 años, sin siquiera estar seguros de su eficacia». ^{[ 246 ]} Sin embargo, otra asociación ecologista francesa, la Association des Ecologistes Pour le Nucléaire (AEPN), acogió con satisfacción el proyecto ITER como una parte importante de la respuesta al cambio climático. ^{[ 5 ]}

Dentro del sector de la fusión en general, varios investigadores que trabajan en sistemas que no son tokamak, como el científico independiente de fusión Eric Lerner , han argumentado que otros proyectos de fusión costarían una fracción del costo de ITER y podrían ser una vía potencialmente más viable y/o más rentable hacia la energía de fusión. ^{[ 247 ]} Otros críticos, como Daniel Jassby, acusan a los investigadores de ITER de no estar dispuestos a afrontar los problemas técnicos y económicos potenciales que plantean los esquemas de fusión tokamak. ^{[ 248 ]}

En cuanto al diseño del tokamak, surgió una preocupación a partir de la interpolación de la base de datos de parámetros del tokamak de 2013, que reveló que la carga de potencia en un divertor de tokamak sería cinco veces mayor que el valor previsto inicialmente. Dado que la carga de potencia proyectada en el divertor del ITER ya será muy alta, estos nuevos hallazgos dieron lugar a nuevas iniciativas de pruebas de diseño. ^{[ 249 ]}

Otro problema que los críticos plantearon con respecto a ITER y los futuros proyectos de fusión deuterio-tritio (DT) es el suministro disponible de tritio. Actualmente, ITER utilizará todas las reservas existentes de tritio para su experimento, y la tecnología de vanguardia actual no es suficiente para generar el tritio necesario para satisfacer las necesidades de los futuros experimentos del ciclo del combustible DT para la energía de fusión. Según la conclusión de un estudio de 2020 que analizó el problema del tritio, "el desarrollo exitoso del ciclo del combustible DT para DEMO y futuros reactores de fusión requiere un programa intensivo de I+D en áreas clave de la física del plasma y las tecnologías de fusión". ^{[ 250 ]}

Los precursores de ITER fueron JET , ^{[ 267 ]} Tore Supra , ^{[ 268 ]} MAST , ^{[ 269 ]} SST-1 , EAST y KSTAR . Otros reactores de fusión planificados y propuestos incluyen NIF , ^{[ 270 ]} W7X , T-15MD , STEP , SPARC , SST-2 , ^{[ 271 ]} CFETR , ^{[ 272 ] [ 273 ] [ 274 ] [ 275 ]} DEMO , ^{[ 276 ]} K-DEMO y otras centrales de fusión nacionales o del sector privado de la "fase DEMO". ^{[ 277 ] [ 278 ]}

• Central eléctrica de demostración , término genérico para una futura clase de reactores de fusión que producen energía útil.
• Tokamak superconductor avanzado experimental (EAST), proyecto en curso de China en los Institutos de Hefei.
• Wendelstein 7-X , un estelarador avanzado del IPP Max Planck en Alemania para evaluar componentes de futuras centrales de energía de fusión ^{[ 279 ]}