Els investigadors del Laboratori de Mètodes Electromètrics d’IQS han format part de FusionCAT, un projecte que ha permès articular a Catalunya una comunitat científica dinàmica i capaç de realitzar aportacions molt significatives en l’àmbit de la fusió.
Els investigadors del Laboratori de Mètodes Electromètrics d’IQS han format part del projecte FusionCAT, emmarcat dins del Programa de Tecnologies Emergents emprès per la Generalitat de Catalunya, dins de l’estratègia RIS3CAT. L’objectiu principal del projecte ha estat establir a Catalunya una comunitat activa al voltant de les tecnologies clau que conformen la generació d’energia de fusió, amb potencial per esdevenir una font d’energia lliure de carboni, abundant i segura pel futur, integrat dins del full de ruta de la UE per a la consecució d’aquesta energia el 2050. En el projecte han participat set importants institucions de Catalunya expertes en aquesta àrea, entre les quals es troba IQS.
A més dels desenvolupaments assolits, tant en la participació d’IQS com en l’àmbit global del projecte, FusionCat ha permès articular a Catalunya una comunitat científica dinàmica i capaç de realitzar aportacions molt significatives en l’àmbit de la fusió.
La reacció de fusió es basa en el principi de generació d’energia produïda en forçar nuclis atòmics a unir-se (fusionar-se) en lloc de trencar-se. Un dels objectius que cal aconseguir en els reactors de fusió és la generació de triti al seu interior, un procés que es du a terme a l’interior dels mòduls Tritium Breeding Modules (TBM), on 6Li és impactat per neutrons d’alta energia per tal d’alliberar heli i triti.
Així, la producció de triti i el cicle operatiu del combustible són elements clau d’aquest repte energètic. Cal disposar, per tant, de mètodes de diagnosi, control i d’instrumentació que garanteixin l’assoliment dels objectius fixats. I és aquí on els investigadors d’IQS, liderats pel Dr. Jordi Abellà i el Dr. Sergi Colominas, han aportat la seva expertesa en el desenvolupament de sensors electroquímics, per aconseguir unitats de control aptes pel seu ús en reactors de fusió.
Aportacions d’IQS a FusionCAT
Els sensors electroquímics presenten molts avantatges: procediment de mesura senzill, alta sensibilitat, temps de resposta curts i que es poden miniaturitzar fàcilment.
A IQS s’han desenvolupat prototips de sensors d’hidrogen, capaços de treballar en entorns químicament agressius – com són els reactors de fusió –. Aquest va ser el pas previ per assolir el desenvolupament dels sensors de triti necessaris. Per aquesta fita, se’n van construir sensors amperomètrics d’hidrogen utilitzant ceràmiques perovskites, assajades pel grup en recerques prèvies, que mostren una bona conductivitat de protó entre 400 i 1000 °C.
Els sensors d’hidrogen tenen geometries en forma de tub tancat per un extrem, que destaca per tenir una major àrea superficial i, per tant, una millor resposta. Un cop aconseguit el material ceràmic, l’objectiu plantejat va ser la construcció dels sensors mitjançant impressió 3D.
Les tecnologies tradicionals, com l’slip casting, donen lloc a processos de fabricació manuals i poc reproduïbles. A més, posteriorment acostuma a ser necessària la mecanització de la peça i no sempre s’obté la geometria desitjada. La proposta d’IQS ha estat el conformat d’aquestes peces ceràmiques amb tècniques de fabricació additiva, per tractar-se d’un sistema molt més reproduïble i que dona lloc a peces amb gruixos de paret molt fins.
Les mesures amb els primers sensors construïts amb les peces obtingudes per impressió 3D s’han assajat a l’interior de reactors d’alta temperatura (fins a 600 °C) en atmosferes d’hidrogen diluït en argó per determinar les seves propietats analítiques.
Finalment, s’han desenvolupat sensors electroquímics per a la quantificació de liti i el seu control en l’aliatge eutèctic plom-liti fos, una de les propostes de material de construcció dels mòduls TBM, on generar triti dins del reactor per bombardeig de neutrons sobre 6Li. Durant aquest procés de generació, el liti es va consumint i, per tant, l’aliatge que inicialment era eutèctic, es podria transformar en un aliatge hipoeutèctic amb baix contingut en liti. Per aquest motiu és necessari desenvolupar sensors que permetin quantificar-lo en continu.
En aquest cas, s’han construït sensors potenciomètrics – que permeten l’ús de sensors de petites dimensions – formats per un disc d’un material ceràmic conductor de liti que actua com a electròlit en estat sòlid (igual que els d’hidrogen), materials que han de ser estables sota les condicions extremes de les breeding blankets.
El projecte FusionCAT amb número d’expedient 001-P-001722 ha estat cofinançat en un 50% pel Fons Europeu de Desenvolupament Regional de la Unió Europea en el marc del Programa Operatiu FEDER de Catalunya 2014-2020, amb el suport de la Generalitat de Catalunya.