Los Objetivos 1 y 2 se referirán a las actividades orientadas hacia la construcción de varios circuitos de metal líquido, instalaciones que permitirán experimentar sobre tecnologías asociadas a los conceptos líquidos de envolturas generadoras (breeding blankets, BB) de tritio. Una de las cuales es el proyecto DCLL, financiado por EUROfusion y liderado por España. Otro concepto de breeder, el WCLL, ha sido recientemente elegido como una de las dos tecnologías de producción de tritio que se probará en ITER. Que España cuente con circuitos de PbLi para ensayos de tecnologías relacionadas, es por tanto de interés estratégico. En primer lugar, se describirán las acciones identificadas para construir dos circuitos: uno de experimentación en corrosión y permeación de tritio en materiales, y otro de prueba de tecnologías de extracción de tritio. Se hará especial hincapié en la investigación en revestimientos de aceros estructurales, dirigida hacia la obtención de películas que cumplan la doble función de barrera de permeación y protección anticorrosión. Como punto de partida estos revestimientos deben ser compatibles química y térmicamente con el acero sobre el que se fijan y con el metal líquido. Una de las mayores dificultades radica en el estudio de la tecnología de depósito del revestimiento en geometrías complicadas del acero (interior de tuberias, ...). Uno de los circuitos estará especialmente diseñado para realizar pruebas del prototipo basado en la tecnología PAV para la recuperación del combustible producido en los BB de PbLi en las plantas de fusión.

El diseño de una instalación de aceleradores para la irradiación de materiales se ha venido desarrollando en el marco de los Programas TechnoFusión anteriores y es una de las prioridades de la actuación contempladas desde su origen en el plan estratégico de la ICTS LNF. La consecución de una instalación, como la que se abordará en el Objetivo 3, pretende contribuir a la resolución de la problemática del daño e hinchamiento de la estructura de materiales sometidos a fuertes campos de radiación. La instalación constará de una doble línea de aceleradores lineales que coinciden en una cámara, entendida como herramienta polivalente de irradiación y ensayo de propiedades de materiales. La irradiación simultánea con iones de elementos pesados y He permite simular la producción de daño estructural, al mismo tiempo que da lugar a la acumulación de los subproductos generados por transmutación. En ninguna de las instalaciones de aceleradores que existen en la actualidad se tiene en cuenta la diferencia en la tasa de daño y en la tasa de producción de H y He tan amplia que existe entre la irradiación con neutrones de fusión y la irradiación con iones. Por ello, el equipamiento de esta instalación estaría enfocado fundamentalmente a la irradiación con tasas de dosis bajas, equivalentes a las recibidas en ITER/DEMO. Por todo ello, esta ampliación de las infraestructuras de la ICTS LNF que se propone en el marco del Programa TechnoFusión se debe entender como un salto cualitativo hacia la elaboración de un catálogo de materiales aptos para su empleo en los futuros reactores.

En las futuras plantas de fusión nuclear por confinamiento magnético o confinamiento inercial se esperan condiciones extremas de irradiación para los materiales involucrados. En lo que respecta a cargas térmicas, el divertor en plantas de fusión magnética está sometido a las condiciones más extremas, especialmente, mediante eventos pulsados como ELMs donde se producen descargas de plasma y se alcanzan de forma repetitiva flujos pico muy elevados. En fusión inercial con blancos directos, la primera pared debe soportar la llegada de iones con energías en los cientos de keV hasta los pocos MeV (D, T y He, principalmente) provenientes de cada explosión del blanco y alcanzándose flujos instantáneos de partículas muy elevados. En fusión inercial con blanco indirecto, asociada a cada explosión se esperan pulsos largos (de μs) y muy intensos de rayos X. Las condiciones de irradiación para materiales no refractarios (cerámicas aislantes, semiconductores,...) de dispositivos funcionales (optoelectrónicos, lentes, ventanas, fibras, ..) son mucho menos severas. Sin embargo, por tratarse de materiales menos resistentes su comportamiento puede verse comprometido por la irradiación de bajo flujo pero que puede provocar grave daño mediante procesos de alta excitación electrónica durante el régimen de frenado electrónico. Otras posibles fuentes de procesos de alta excitación electrónica en cerámicas aislantes y material óptico en cualquier instalación de fusión son las descargas accidentales de plasma, la llegada de aglomerados de neutros o las descargas de electrones energéticos de alta intensidad. Es en esta área de investigación fundamental en el que se plantea desarrollar las actividades del Objetivo 4. La finalidad es contribuir al entendimiento de los procesos de daño generados en materiales por la alta excitación electrónica, combinando la realización de experimentos de irradiación simultánea o secuencial de materiales con láseres e iones pesados, y cálculos computaciones multiescala.

Los Objetivos 5 y 6 centran sus actuaciones en torno al apoyo tecnológico a la instalación DONES (DEMO Oriented NEutron Source), objetivo fundamental del proyecto WP­ENS (Work Package Early Neutron Source) que se ejecuta en el marco de EUROFusion. En la actualidad se trabaja en el diseño y construcción de fuentes de neutrones de energía comparable a la de futuros reactores de fusión, pero estas instalaciones (IFMIF, ENS, etc.) se encuentran aún en fase de diseño. DONES será una simplificación de la instalación IFMIF (International Fusion Reactor Materials Facility) para la experimentación de materiales. El Programa TECHNOFUSIÓN(III)CM propone servir de apoyo en la definición de esta instalación, en la que España se ha posicionado con una candidatura seria y fuerte para su localización. En esta instalación, un haz energético de deuterones impacta sobre un objetivo de litio líquido produciéndose un haz de neutrones con un espectro de energías similar a las de un futuro reactor de fusión. El Programa TECHNOFUSIÓN(III)CM abordará la definición de procedimientos específicos para la manipulación remota de sistemas estratégicos de la instalación DONES, utilizando nuevas plataformas y herramientas de simulación, como el sistema remoto de localización de personas en el interior de la instalación. Una de las actividades de relevancia en el Programa será el desarrollo de herramientas de neutrónica computacional y su aplicación en el análisis y diseño de componentes y sistemas. La seguridad de la instalación preocupa seriamente debido a la intensa radiación originada durante operación y a la producción del radioisótopo tritio, elemento altamente tóxico, subproducto de la reacción neutrónica, cuya concentración en el sistema no deber superar el nivel de 1 wppm. Esta convocatoria incluye estudios de viabilidad de tecnologías de atrapamiento de isótopos de H (getter trapping), tecnología de purificación desarrollada para ITER y DEMO. A menor escala se ha previsto hacer uso de esta tecnología en DONES, si bien se desconoce su efectividad en las condiciones particulares de operación de la instalación. Se propone iniciar el estudio de modificaciones en getters de esferas metálicas altamente afines al H que permitan retener el gas disuelto en el circuito de metal líquido. La eficiencia de la trampa de H es altamente dependiente de parámetros físico­químicos relacionados tanto con el fluido metálico como con el getter. La zona de irradiación de DONES es limitada; probetas de ensayo de materiales de reducido tamaño facilitarán el uso eficiente del volumen de irradiación en instalaciones de este tipo. Si bien la tecnología SSTT (small specimen test technology) podría parecer ya madura, se han identificado vías para el desarrollo de métodos SSTT innovadores, no sólo para la caracterización de propiedades mecánicas estándar, sino también para proporcionar datos de diseño necesarios.

En el desarrollo de grandes instalaciones como ITER o DEMO la necesidad de modificaciones generadas por nuevos avances y exigencias de ingeniería es constante. Es el caso del avance que se requiere en diferentes tecnologías de tratamiento y producción para obtener materiales avanzados con mejoradas propiedades y resistencia en entornos de elevada radiación y daño neutrónico. En los anteriores Programas TECHNOFUSIÓN­CM se iniciaron estudios de desarrollo de materiales. Varios grupos del Consorcio han propuesto completar el estudio materiales estructurales y funcionales seleccionados profundizando en el efecto del daño derivado de la irradiación con iones de elementos pesados, simulando el efecto de la radiación neutrónica. Sin olvidar la importancia de las tecnologías asociadas al desarrollo de la neutrónica, se han propuesto varios bloques de estudio en relación con la verificación y validación de las herramientas. Estas actividades se abordarán en los Objetivos 7 y 8 del Plan de Trabajo planteado.