Echave-Sustaeta 2021d

La producció massiva d'energia lliure d'emissions i de residus radioactius de vida llarga, a partir de matèries primeres inexhauribles: això és el que permetria la fusió nuclear. Per assolir-la, però, és necessari el manteniment indefinit d'un plasma a temperatures de milions de graus. En el que es considera tota una fita, a Corea del sud s'ha aconseguit de mantenir reaccions de fusió nuclear durant uns segons.

Vint segons, de moment

La fusió nuclear és la reacció que té lloc al nucli de les estrelles, amb conversió de l'hidrogen en elements més pesants i el consegüent alliberament massiu d'energia. Amb els reactors de fusió hom intenta de reproduir aquest procés natural.

Ara bé, la recreació artificial del procés exigeix el manteniment d'un plasma a molt altes temperatures, que roman estable gràcies als camps magnètics generats per potents electroimants. L'aparell que permet dur a terme el procediment és la tokamak (acrònim del rus тороидальная камера с магнитными катушками, cambra toroïdal amb bobines magnètiques), que també s'encarrega de recollir l'energia tèrmica alliberada en la reacció de fusió per a la seva posterior utilització en la producció d'electricitat.

A Corea del Sud hi ha un d'aquests aparells, el del Projecte KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research). Els físics que hi treballen van aconseguir el novembre de 2020 mantenir-hi reaccions de fusió nuclear durant vint segons, amb plasma a més de cent milions de kelvin. Semblen molt poc temps, però malgrat tot aquests vint segons superen àmpliament altres fites assolides anteriorment a les mateixes instal·lacions i en el mateix rang de temperatures, com ara els catorze segons aconseguits en la primera campanya de 2020, els vuit segons de la de 2019, o el segon i mig de la de 2018.

Les dades de les campanyes de plasma de 2018 i 2019, i de les dues campanyes de 2020: cada cop una mica més de temps de plasma estable a temperatures superiors als cent milions de kèlvins

Des que la comunitat científica hi treballa, els vint segons esmentats és el més a prop que s'ha estat mai de dominar els processos de fusió. A tall de comparació, per exemple, el projecte experimental de fusió nuclear més gran del món (ITER, a la Provença, de què us parlàrem al Butlletí núm. 30) sembla que no aconseguirà crear el plasma estable necessari abans de 2025.

La tokamak del Projecte KSTAR, a Corea del Sud (© National Fusion Research Institute)

L'actuació duta a terme a Corea del Sud en el marc del Projecte KSTAR va comptar amb la col·laboració de la Universitat Nacional de Seül (SNU) i de la Universitat de Columbia (Estats Units).

Pel que fa a la temperatura assolida, era una de les condicions prèvies que KSTAR s'havia fixat per tal de considerar reeixida la seva segona campanya de producció de plasma de 2020. És de fet àmpliament superior a les temperatures que es verifiquen a l'interior de les estrelles (la del nucli del Sol, per exemple, és de quinze milions de kèlvins).

Segons els responsables de KSTAR, un dels factors que ha contribuït a mantenir el plasma i les reaccions de fusió durant els vint segons esmentats és el fet que la seva tokamak disposa d'imants superconductors, amb nul·la resistència, a diferència dels imants convencionals com els de coure que no poden funcionar durant períodes de temps llargs, més enllà d'uns deu segons, a causa del sobreescalfament que els provoca el corrent elèctric.

També hi ha contribuït el procés millorat de confinament de ions i electrons (internal transport barrier, ITB), ja assajat l'any 2019 a les instal·lacions sud-coreanes.

Els responsables del Projecte KSTAR creuen que la fita assolida el novembre de 2020 constitueix un punt crític en el procés d'assaig i obtenció de la tecnologia necessària que en el futur hauria de permetre d'operar amb plasma amb unes prestacions que facin la fusió nuclear viable comercialment. Com a objectiu pròxim, l'equip es proposa mantenir estable el plasma i fer-lo fusionar durant tres-cents segons, cinc minuts. Preveuen d'aconseguir-ho abans de l'any 2025.

Autors

Redactat per: Alfonso Martínez Jaume

Per saber-ne més: phys.org, KSTAR Project, Korea Institute of Fusion Energy