TRITIUM, simulación de transporte de isótopos de hidrógeno en EcosimPro

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La modelización de los fenómenos de transferencia de isótopos de hidrógeno, en concreto de tritio, es un hito histórico en la tecnología de fusión nuclear

El tritio, de interés como reactivo de la reacción de fusión, presenta en operación dos problemas importantes: se trata de un isótopo radiactivo y tiene una alta permeabilidad. Por estas dos razones resulta de gran importancia su supervisión y control.

Debido a la dificultad de obtener resultados experimentales a las escalas requeridas, el disponer de modelos de simulación resulta ser de gran importancia para las distintas etapas del diseño de instalaciones presentes y futuras como ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), DEMO (DEMOnstration power plant) o IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility), todas ellas relacionadas con el tritio.

Con el fin de dar respuesta a estas cuestiones se ha desarrollado una herramienta de simulación de transporte de isótopos de hidrógeno, TRITIUM, a través de una colaboración entre EAI (Empresarios Agrupados Internacional)/CIEMAT, dirigida y financiada por Fusion For Energy (F4E, Agencia Doméstica Europea para el Desarrollo de la Fusión e ITER). Esta herramienta, TRITIUM, consiste en un conjunto de librerías desarrolladas empleando la plataforma de simulación EcosimPro desarrollada por Empresarios Agrupados.

Niveles de modelado de la herramienta TRITIUM.

EcosimPro es un software de simulación multidisciplinar, basado en orientación a objetos y hace uso de potentes resolvedores de ecuaciones algebraico-diferenciales. Dispone de una interfaz de usuario amigable que permite la modelización gráfica, además de un lenguaje de modelado sencillo. Estas y otras características hacen de EcosimPro una herramienta muy adecuada para el modelado dinámico de transporte de tritio, que puede en un futuro ampliarse a otras áreas de simulación como podrían ser modelos de dinámica de fluidos, transporte de energía, sistemas de control, etc. Hoy en día, EcosimPro es la herramienta oficial de la Agencia Espacial Europea en áreas como la propulsión líquida de cohete y satélite, sistemas de potencia (baterías, paneles solares, etc), control ambiental en naves espaciales y sistemas biológicos.

Componentes modelados en la herramienta TRITIUM.

El conjunto de librerías englobadas en la herramienta TRITIUM contiene modelos basados en primeros principios de los distintos términos que intervienen en el transporte de tritio (generación, advección, reacción, permeación, difusión, recombinación y disociación).

Estos fenómenos se aplican, según corresponda, a las unidades de los sistemas en los que se requiere un control del inventario de tritio (tuberías, tanques, columnas de adsorción, cambiadores de calor, etc.)

Modelo de WCLL (Water Cooled Lithium Lead) Blanket.

Actualmente la herramienta TRITIUM se utiliza en distintos proyectos del consorcio EUROfusion dentro de los programas TBM (Test Blanket Module) y BB (Breeding Blanket), que tienen como objetivo dar respuesta al problema de consumo de combustible (tritio) en el reactor de fusión asegurando la autosuficiencia de éste. Dentro de estos proyectos, EcosimPro y TRITIUM se usan para simular tanto los TBM y BB (envolturas regeneradoras de producción de tritio para los proyectos ITER y DEMO respectivamente) como los sistemas auxiliares que se conectan a estos elementos para recuperar el tritio generado. En todos estos sistemas es necesario un estricto control del inventario de tritio estudiando su ubicación, con especial interés a la permeación al ambiente dadas sus implicaciones de seguridad y disponibilidad de combustible. Hoy en día este tipo de análisis solo se pueden realizar mediante el uso de herramientas de simulación. Por otro lado, la protección radiológica exige unos determinados niveles de emisión de tritio al ambiente que también se calculan en la herramienta de simulación TRITIUM.

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