La fusió nuclear, més a prop: un experiment acosta l'energia dels estels a la Terra

Científics dels Estats Units han fet un nou petit pas cap a la viabilitat comercial de l'energia de fusió. Han aconseguit que la reacció generi més energia de la que ha consumit. Però el més destacat es la nova estratègia que han utilitzat, en què la calor generada per la reacció retroalimenta el procés i es produeix una disminució de l'energia necessària.

La fita l'ha aconseguit un equip del Lawrence Livermore National Laboratory de Califòrnia, encapçalat per Alex Zylstra, i els resultats  es publiquen a la revista Nature. En un segon article a la revista Nature Physics, Annie Kritcher, del mateix laboratori, descriu el disseny que ha permès assolir aquest èxit.

La fusió nuclear és el procés pel qual el Sol i els altres estels generen energia. Dos àtoms de l'element més senzill, l'hidrogen, s'uneixen i formen heli, el segon element més simple. En aquest procés, es desprèn una gran quantitat d'energia.

Però per imitar el procés calen una temperatura, una pressió i una densitat de combustible molt elevades i això fa gastar molta més energia de la que s'obté.

En els reactors de fusió, el procés es du a terme amb dos isòtops de l'hidrogen: deuteri, que es pot obtenir en grans quantitats de l'aigua de mar, i triti, que es pot generar en el mateix reactor. A diferència de la fissió nuclear, en el procés que es fa servir en els actuals reactors nuclears no es generen residus radioactius que tinguin alta activitat durant milers d'anys.

Treballant a la Factoria Nacional d'Ignició de Livermore, els investigadors van fer server un cilindre buit que mesurava pocs mil·límetres i hi van introduir uns 200 micrograms (milionèsimes de gram) de deuteri i triti.

Ho van escalfar amb 192 làsers i en pocs nanosegons (milmilionèsimes de segon) van assolir una temperatura de 50 milions de graus, que permet la combustió del plasma --un quart estat de la matèria, més enllà del gasós, en què els nuclis dels àtoms i els electrons que els envolten s'han separat.

Això i la pressió que es creava en el cilindre a causa de la compressió del combustible permetien que comencés el procés de fusió nuclear del deuteri i el triti. Així es van generar un neutró i una partícula alfa --un nucli d'heli.

Encara es consumeix molta energia per generar la reacció

En els quatre experiments que van fer van obtenir cada vegada més de 100 kilojoules (kJ) d'energia i en un van assolir els 170 kJ. Això darrer és el triple del que s'ha obtingut en altres experiments.

Però en termes absoluts és molt poc. Només per fondre un gram de gel i transformar-lo en aigua líquida calen 0,33 kJ. Per tant, amb l'energia obtinguda en el reactor tot just podríem fondre una mica més de mig quilo de glaçons.

A més, el balanç es refereix a l'energia generada en la reacció respecte a la que s'ha transmès al deuteri i al triti. Però cal comptar-hi tota l'energia consumida per fer funcionar els làsers. Així, superem els 400.000 kJ. El resultat seria que per obtenir 170 kJ n'hem gastat  més de 400.000!

Però en fusió nuclear els avenços són lents i els passos importants molt petits. El més destacat de l'experiment no és l'energia obtinguda, sinó que les partícules alfa produïdes també contribueixen a escalfar el combustible. I això pot permetre que el procés es retroalimenti i es mantingui. A l'energia dirigida al cilindre, doncs, s'hi afegiria la que el mateix procés va generant.

El disseny i la construcció de cada element del reactor han de ser molt fins i estrictes. La protecció de la càpsula s'ha fet amb diamant policristal·lí polit i tenia mot poc gruix. Qualsevol petit defecte en l'estructura disminueix l'eficiència del conjunt per generar calor.

En un comentari publicat en el mateix número de Nature, Nigel Woolsey, de la Universitat de York, afirma que aquest treball fa avançar en la física de combustió d'un plasma que es pot autoalimentar per seguir el procés i que això permetrà una gran gamma de nous estudis científics.

I si bé reconeix que encara no és clar si aquesta investigació conduirà a una futura font d'energia viable, conclou amb aquest comentari:

"Però l'objectiu de desenvolupar un combustible que mitigui els perills del canvi climàtic mentre ens permet a tots gaudir dels beneficis de l'electricitat fa que clarament valgui la pena prosseguir."

A primers de gener, científics xinesos van anunciar que amb la fusió nuclear havien aconseguit mantenir durant més de 17 minuts una temperatura de 70 milions de graus.

Ara, a Livermore s'ha fet un altre pas. Encara queda molta recerca i moltes proves a fer abans que la fusió nuclear pugui ser una realitat comercial. I, a més dels problemes tècnics, cal prestar atenció al que també apunta Woolsey:

"Algunes d'aquestes recerques seran bàsiques per a la seguretat nacional, perquè la Factoria Nacional d'Ignició està finançada com a part del programa dels Estats Unts per millorar la comprensió de les armes nuclears i els entorns extrems."

Caldrà veure si l'objectiu civil s'imposa clarament o no al militar.