Més a prop de la fusió nuclear: la Xina aconsegueix un Sol artificial durant 17 minuts

Nou pas en el camí per obtenir energia construint "un Sol a la Terra". Científics xinesos han aconseguit mantenir durant més de 17 minuts una temperatura gairebé cinc vegades superior a la que hi ha al centre del Sol.

El rècord s'ha assolit en el reactor d'EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak), que es troba a la ciutat de Hefei, al centre de la Xina, a l'Institut de Física del Plasma de l'Acadèmia Xinesa de Ciències (ASIPP).

Concretament, en el reactor es va assolir una temperatura d'uns 70 milions de graus durant 1.056 segons (17 minuts i 36 segons). En comparació, la temperatura del nucli del Sol és de vora 15 milions de graus.

La font de la notícia és Xinhua, l'agència oficial del govern de la República Popular de la Xina, que recull les declaracions de Gong Xianzu, científic de l'ASIPP:

"En un experiment a la primera meitat del 2021 vam aconseguir una temperatura del plasma de 120 milions de graus durant 101 segons. Aquesta vegada, l'operació s'ha mantingut estable durant 1.056 segons a una temperatura de vora 70 milions de graus, cosa que deixa una sòlida base científica i experimental per al funcionament d'un reactor de fusió."

La fissió i la fusió

A diferència de la fissió nuclear, que comporta el trencament d'un àtom, com el d'urani, en la fusió es produeix la unió de dos àtoms. En tots dos casos es genera energia.

La diferència és que en la fissió, el procés que es fa servir en els actuals reactors nuclears, es generen residus radioactius amb alta activitat durant milers d'anys. En canvi, els produïts en la fusió no són tan perillosos o només són actius uns quants anys.

Una altra diferència és el combustible: en el cas de la fusió no seria cap element radioactiu, sinó un tipus d'hidrogen.

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.

El gran problema és que per imitar el procés calen una temperatura i pressió i una densitat de combustible molt elevades. Per això, de moment es gasta molta més energia de la que, en teoria, es podria obtenir.

El procés es du a terme amb deuteri, que és un isòtop de l'hidrogen. És gairebé inesgotable, perquè es pot extreure de l'aigua. L'aigua, com sabem, està formada per dos àtoms d'hidrogen i un d'oxigen, però en una fracció els dos àtoms són de deuteri. És l'anomenada aigua pesant.

Aquesta aigua pesant se separa i després se n'aïlla el deuteri. En les condicions adients, dos àtoms de deuteri es poden fusionar i donar-ne un d'heli i energia. Però en els reactors de fusió es fa servir una reacció més eficient, d'un àtom de deuteri amb un de triti, que és un altre isòtop de l'hidrogen. El resultat també és heli i energia. El triti, radioactiu i inestable, és molt escàs a la natura i s'obté a partir del liti.

Reactors de prova

Els reactors on s'intenta reproduir la fusió nuclear són del tipus anomenat tokamak, acrònim, en rus, de cambra toroïdal amb bobines magnètiques, creats als anys 50.

Són reactors en forma de toroide, és a dir, de tortell. L'energia produïda amb la fusió s'absorbeix a les parets i es fa servir per moure turbines i generar vapor o electricitat.

Els actuals reactors de fusió són experimentals i el seu objectiu és obtenir una prova de concepte, és a dir, demostrar que és factible obtenir energia a partir d'aquest procés.

En aquest objectiu, el 8 d'agost es va aconseguir un nou rècord a la Factoria Nacional d'Ignició del Laboratori Nacional Lawrence Livermore, a Califòrnia. Amb un làser molt potent es va aconseguir generar una potència de més de mil bilions de watts durant 100 bilionèsimes de segon.

Sembla un resultat espectacular mantingut durant un temps molt breu. De fet, amb l'energia generada tot just es podria fer bullir una tetera, però per als investigadors és la demostració que en els darrers anys s'està avançant molt per demostrar que amb la fusió es pot obtenir molta més energia de la que es consumeix.

No tot va orientat a obtenir energia, perquè Jill Hruby, administradora de l'Agència Nacional de Seguretat Nuclear, també va afirmar, després de saber el resultat, que també feia "avançar la ciència de la qual la NNSA depèn per modernitzar les nostres armes nuclears".

Sense perspectives a curt termini

El projecte més ambiciós per demostrar la viabilitat de la fusió nuclear a gran escala i desenvolupar-la és l'ITER, nom que en llatí vol dir "el camí". Està ubicat al sud-est de França, a Cadarache, a uns 70 quilòmetres de Marsella cap a l'interior.

Formen part del projecte 35 estats: la Unió Europea, el Regne Unit (que va confirmar que s'hi mantenia després del Brexit), el Japó, els Estats Units, Corea del Sud, l'Índia, Rússia i la Xina.

El disseny i la construcció són tan complexos que es preveu el primer assaig amb plasma a finals del 2025. El 2007 es va començar a preparar el terreny, de 42 hectàrees, i la construcció es va iniciar el 2020.

Entre altres elements, ITER necessita uns imants extraordinàriament potents, per poder confinar el plasma i mantenir-lo en una densitat prou elevada durant prou temps. El plasma és un quart estat de la matèria, que s'ha escalfat tant que els nuclis dels àtoms i els electrons estan separats.

Per crear la força magnètica necessària en els electroimants es consumeix molta energia. Per reduir-la, es fan servir materials superconductors. A l'ITER hi haurà 100.000 quilòmetres d'un fil superconductor fet amb un compost de niobi i estany.

Diversos països integrats a ITER continuen fent els seus mateixos experiments. D'una banda, serveixen per desenvolupar el projecte comú, però també els poden ajudar a prendre posicions en la cursa cap a la fusió nuclear.

Sigui com sigui, els més optimistes situen el primer reactor comercial cap a finals de la dècada del 2030 o el 2040. I els optimistes representen només una part de tots els que des del punt de vista científic, tècnic, econòmic o des d'altres perspectives treballen per assolir aquesta font d'energia teòricament molt barata, poc perillosa i gairebé inesgotable.