El abastecimiento energético de Europa adolece de graves deficiencias tanto a corto como a medio y largo plazo. En particular, se requieren medidas que aborden los problemas de la seguridad de abastecimiento, el cambio climático y el desarrollo sostenible, sin poner en peligro el futuro crecimiento económico.

Dentro de las posibilidades de disponer de una fuente de energía aceptable desde el punto de vista de la sostenibilidad, la Fusión Nuclear se presenta como una de las alternativas que goza de mayor atractivo y consideración a nivel de investigación y desarrollo dentro del panorama energético mundial. Las dos vías en que se centran los esfuerzos para lograr explotar la energía nuclear de fusión como fuente de energía son la fusión por confinamiento magnético (FCM) y la fusión por confinamiento inercial (FCI).

Para el desarrollo de la fusión nuclear es clave demostrar no sólo la viabilidad de la ganancia energética de los procesos de fusión, sino también, que el funcionamiento de las futuras plantas de fusión será aceptable por el entorno social. A este respecto destacan especialmente tres aspectos prácticos:

• Seguridad para los trabajadores de las plantas.
• Gravedad de potenciales accidentes con emisión de efluentes radiactivos.
• Generación de residuos radiactivos.

En esta asignatura se analizan y responden en profundidad dos de las grandes cuestiones de la tecnología de fusión: su potencialidad en lo que respecta a seguridad e impacto medioambiental y la gestión de residuos radiactivos.

Esta asignatura se enmarca dentro de un grupo de asignaturas donde se imparte formación sobre los análisis nucleares necesario para evaluar el impacto de las instalaciones de la ruta hacia la fusión nuclear.

La asignatura viene a completar y ampliar los conocimientos adquiridos por los alumnos durante sus estudios de grado sobre ciencia e Ingeniería Nuclear, tratando un tema clave de lo que se espera sea la nueva tecnología nuclear: la tecnología nuclear de fusión y bajo la perspectiva de investigar su potencialidad como fuente de energía segura y respetuosa con el medioambiente. En ella se pretende, fundamentalmente, que el alumno adquiera los conocimientos específicos que le permitan su formación para abordar actividades de investigación en el campo de la seguridad, protección radiológica y gestión de residuos de las centrales e instalaciones experimentales de fusión nuclear y también, aunque en menor extensión, de las instalaciones de irradiación concebidas para el desarrollo de materiales de las centrales de fusión.

El aprendizaje de esta asignatura va a permitir abordar con garantiza la posible realización del trabajo fin de máster y futura tesis doctoral en algunas de las líneas de investigación que se ofertan en este Máster, y en las que el equipo docente es responsable de distintas actividades dentro de Programas Internacionales. Estas son:

• Seguridad e impacto medioambiental en el diseño de instalaciones experimentales y en plantas conceptuales nucleoeléctricas de fusión.
• Protección radiactiva y seguridad en el diseño de aceleradores de alta intensidad destinados a simular el daño por irradiación de materiales en reactores de fusión nuclear.

La estrategia europea para alcanzar este objetivo a largo plazo implica, como primera prioridad, la construcción del ITER (una gran instalación experimental que demostrará la viabilidad científica y técnica de la energía de fusión), seguida de la construcción de DEMO, una central eléctrica de fusión con fines de «demostración». Este trabajo irá acompañado de un programa dinámico de apoyo a la I+D para el ITER y para los materiales de fusión, las tecnologías y la física que requiere la DEMO. En esta labor participarían la industria europea, las asociaciones de la fusión y los países no comunitarios, especialmente las partes en el Acuerdo ITER. La instalación ITER se encuentra actualmente en construcción en el sur de Francia, y se prevé su puesta en marcha para finales del año 2025.

La construcción y licenciamiento de estas instalaciones, así como de los futuros reactores de potencia, requieren de estudios de seguridad e impacto medioambiental. Desde el punto de vista de la seguridad se debe garantizar la adecuación de los materiales estructurales a un entorno de alta radiación, y también el comportamiento frente a situaciones accidentales. El impacto medioambiental se centra en la producción y gestión de residuos radiactivos. En ambos casos es un tema de investigación la introducción de medidas que resulten en materiales más resistentes y en mitigar el impacto de los residuos.

La ruta europea de fusión nuclear incluye la construcción de una instalación de especial relevancia para España y es la IFMIF-DONES, una instalación de irradiación de materiales en condiciones de un reactor de fusión. Estará basada en un acelerador de partículas de alta intensidad, con lo que comparte con los reactores de fusión algunos de las características medioambientales y de residuos. Se prevé su construcción en Granada durante esta década.

Es aquí donde el campo de los aceleradores de alta intensidad, como el caso de IFMIF, entran de lleno en el campo de la fusión nuclear. Estos aceleradores presentan problemas propios de protección radiológica, que también son tratados en el ámbito de esta asignatura.

El equipo docente de esta asignatura pertenece al grupo de investigación de tecnologías de fisión fusión y fuentes de irradiación (TECF3IR) de la UNED. Este grupo realiza tareas de investigación y desarrollo en radioprotección de instalaciones de fusión nuclear y aceleradores, participando oficialmente en proyectos internacionales tan prestigiosos como el reactor ITER o, dentro del marco de la agencia europea Eurofusion, de las instalaciones DEMO e IFMIF-DONES.

Para iniciar el estudio del curso son necesarios conocimientos de ciencia y tecnología nuclear a nivel fundamental. Si dichos conocimientos previos son limitados, debe consultarse con el equipo docente para recibir orientaciones precisas que permitan enfocar el estudio de forma adecuada, y en su caso estudiar durante el curso algún tema de apoyo.

Es recomendable tener conocimientos suficientes para lectura en ingles técnico.

Los estudiantes podrán contactar al equipo docente en cualquier momento y principalmente mediante el foro de comunicación del curso virtual, sobre todo para cuestiones que puedan ser del interés de todos los estudiantes. Adicionalmente y para una comunicación personal, se anima a los estudiantes a utilizar el correo electrónico o el teléfono (ver datos en la sección “Equipo docente”), así como la plataforma de mensajería MS Teams que provee la UNED.

La dirección postal de los profesores está en la ETSI Industriales, cuyos datos pueden consultarse en la web UNED. El horario de atención a estudiantes en esas dependencias será:

• D. Francisco Ogando: Lunes y Miércoles de 16 a 18h. Despacho 0.15.
• D. Rafael Juárez: Martes y Jueves de 16 a 18h. Despacho 0.15.

El apoyo a los estudiantes se realizará tanto para asimilar los contenidos de la asignatura, explicar su modo de funcionamiento o de cualquier otra manera que mejore el rendimiento del estudio. En especial se anima a contactar, a los estudiantes que presenten lagunas iniciales de conocimiento, que puedan ser mitigadas con lecturas adicionales.

COMPETENCIAS

CP1 Desarrollar habilidades sistémicas (metodológicas): aplicación de conocimientos, habilidades en investigación, y creatividad.

CP2 Cuantificar los beneficios y costes de las tecnologías industriales bajo estudio.

CP3 Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.

CP4 Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.

CONOCIMIENTOS O CONTENIDOS

C1 Adquirir el conocimiento de los métodos y técnicas de investigación.

C2 Evaluar el impacto medioambiental de las tecnologías industriales bajo estudio.

C3 Elaborar y tratar modelos matemáticos que representen el comportamiento de los sistemas industriales.

C4 Adquirir destrezas en la aplicación de técnicas de simulación computacional.

C5 Tomar conciencia de la importancia de la adquisición del conocimiento científico a la luz de la teoría de la ciencia actual, así como de la diversidad metodológica.

C6 Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.

HABILIDADES O DESTREZAS

H1 Desarrollar capacidad de análisis y síntesis de la información científico-técnica.

H2 Adquirir destrezas en la búsqueda y gestión bibliográfica y documental.

H3 Desarrollar capacidad de razonamiento crítico.

H4 Desarrollar habilidades técnicas, de análisis y síntesis: resolución de problemas, toma de decisiones y comunicación de avances científicos.

H6 Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.

H7 Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

COMPETENCIAS

CP1 Desarrollar habilidades sistémicas (metodológicas): aplicación de conocimientos, habilidades en investigación, y creatividad.

CP2 Cuantificar los beneficios y costes de las tecnologías industriales bajo estudio.

CP3 Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.

CP4 Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.

La metodología de aprendizaje se basa en el modelo de educación a distancia de la UNED. Las actividades formativas están basadas principalmente en la interacción con el Equipo Docente y el trabajo autónomo de los estudiantes. El equipo docente proporcionará orientaciones y material de apoyo para el estudio de la asignatura y atenderán las consultas que planteen los alumnos. El trabajo autónomo estará marcado por una serie de actividades de aprendizaje, tales como el estudio de contenidos teóricos y la realización de pruebas de evaluación continua, prácticas virtuales de laboratorio y pruebas presenciales.

El alumno dedicará aproximadamente un 60% de la duración del curso a la lectura comprensiva del material de estudio de la asignatura. Durante el desarrollo del curso el estudiante deberá entregar una o más pruebas de evaluación a distancia y prácticas virtuales que supondrán alrededor del 30% del tiempo de estudio. Un 10% de la asignatura se dedicará a la preparación específica del examen presencial.

El marco en el que se desarrollará el curso será el curso virtual, que será la herramienta principal de comunicación entre los estudiantes y el equipo docente y de los estudiantes entre sí. A través de esta plataforma virtual el estudiante tendrá acceso principalmente a los siguientes elementos de apoyo:

1. El módulo de contenidos, en el que se pondrán a disposición de los estudiantes unos apuntes complementarios sobre mecánica de fluidos y una Guía de Estudio en la que se recogerán recomendaciones sobre el estudio de la asignatura y toda la información necesaria actualizada.
2. Prueba de evaluación continua, que constará de una serie de cuestiones teórico-prácticas que permitirá al estudiante hacer un seguimiento de su progreso en la adquisición y asimilación de conocimientos y servir de medio de evaluación junto con la prueba presencial.
3. Prácticas virtuales de simulación, en las que se propondrán unos problemas que deberán resolverse con la ayuda de las herramientas de simulación remota del área de ingeniería nuclear.
4. El foro de debate, en los que el estudiante podrá ir planteando las dudas que le vayan surgiendo en el estudio de los contenidos de la asignatura, y en los que recibirá las correspondientes aclaraciones por parte del equipo docente. Los estudiantes también podrán participar en los foros contestando cuestiones formuladas por sus compañeros.

El libro principal de la bibliografía básica está disponible de modo libre en internet:

• Enlace al libro en el sitio web del Consejo de Seguridad Nuclear.

Además del libro, se utilizarán los siguientes informes y artículos de investigación.

• Fusion Safety Authority, “Technology report – Safety and Waste aspects for fusion power plants” UKAEA-RE(21)01 (2021)
• S. Gonzalez de Vicente, et al, “Overview on the management of radioactive waste from fusion facilities: ITER, demonstration machines and power plants”, Nuclear Fusion (2022).
• R. Hancox, “The environmental impact of fusión reactors” (1992).
• P. Vladimirov, "Displacement damage and transmutations in metals under neutron and proton irradiation" (2008)
• J. Sanz, “Seguridad e impacto medioambiental de instalaciones de fusión nuclear. Metodología de análisis y aplicaciones” (2007).
• F. Ogando, "Guía de la práctica MCBLIND". Se utilizará junto con una herramienta de simulación por ordenador.

Perspectivas de la fusión nuclear

• EUROfusion, European Research Roadmap to the Realisation of Fusion Energy (2018).
• ITER web site, Project milestones.
• Instalación de irradiación IFMIF-DONES.

Daño de materiales por irradiación

• E. Wakai, Irradiation damages of structural materials under different irradiation environments (2021)

Neutrónica de fusión

• Y. Wu, Fusion Neutronics, Springer (2017).
• Y. Wu, Neutronics of advanced nuclear systems, Springer (2019)

Material audiovisual propio

• Lección “Protección radiológica en aceleradores de alta intensidad” (Parte 1) (Parte 2).
• Programa de radio "La UNED y el Ciemat más cerca de la energía de las estrellas" (Radio E).

Referencias históricas

• N. Carpintero, G. Velarde, The pioneers' legacy of inertial confinement nuclear fusion, Progress in Nuclear Energy (2015).

Curso virtual:

Es fundamental para el desarrollo de la asignatura que el alumno utilice la plataforma del curso virtual.

Cualquier material complementario adicional que se pueda publicar o aconsejar se encontrará en dicha Plataforma. El alumno puede enviar sus consultas a los distintos foros de debate, o por correo electrónico a la atención de cualquiera de los profesores de la asignatura

Programas de radio grabados por el equipo docente:

En el curso virtual de la asignatura se comunicará al alumno la temática del programa que se emita, así como la significación del mismo en el contexto de la asignatura. Además, podrá encontrar una relación de los programas emitidos con los enlaces adecuados.

Prácticas virtuales a través de internet:

Como parte de la asignatura se realizarán prácticas virtuales. Para ello se contará con los computadores de simulación del área de ingeniería nuclear, con los que se interaccionará a través de internet mediante el navegador.