Martinez 2019o

A Sant Pau de Durènça, al departament de les Boques del Roine, prossegueix la construcció del reactor experimental de fusió nuclear ITER, que hauria de produir el seu primer plasma cap a final de l'any 2025.

• ITER: International Thermonuclear Experimental Reactor
• Autors

ITER: International Thermonuclear Experimental Reactor

Es tracta d'un dels projectes energètics més ambiciosos que hom pot trobar al món en l'actualitat, i aglutina trenta-cinc estats col·laboradors. La seva finalitat és demostrar la viabilitat de la fusió nuclear com a font d'energia inesgotable, de producció massiva i lliure d'emissions de CO₂.

A l’ITER hi participen la Unió Europea, la Xina, l’Índia, el Japó, Corea del Sud, Rússia i els Estats Units: tots aquests membres es reparteixen els costos de construcció i d’explotació de l’ITER (amb la UE aportant-ne el 45,6%), i del seu eventual desmantellament. També compartiran els resultats dels experiments que s’hi duguin a terme i els drets de propietat intel·lectual que se’n puguin derivar. La contribució monetària dels membres és escassa, i més aviat hi aporten materials, components, sistemes o treballs de construcció. L’organització de l’ITER també ha conclòs acords de col·laboració tècnica amb Austràlia i el Kazakhstan (no membres), i amb una quarantena d’organitzacions, laboratoris i institucions acadèmiques d’arreu.

Pel que fa a la cronologia, l’ITER va néixer com a projecte a llarg termini: des de la signatura de l’acord (2006) fins a les primeres reaccions de fusió deuteri-triti (previstes per a 2035) hauran passat ben bé tres dècades. Una altra data rellevant serà el desembre de 2025, amb l’engegada del reactor i la producció del primer plasma.

 

Aspecte dels treballs el desembre de 2018. El repte logístic i d’enginyeria de construcció del reactor ITER, que conté més de deu milions de peces i components que cal acoblar i integrar, fa que en total hi treballin més de dues mil persones, en diferents factories i oficines repartides pel món, amb una seqüència d’actuacions calculada i coordinada mil·limètricament

  La construcció de l'ITER s'està duent a terme des de l'any 2010, en una parcel·la de 42 ha. Un cop assegurades les estructures de suport a terra i les antisísmiques, actualment es treballa en el complex de la cambra toroidal amb bobines magnètiques o tokamak (acrònim del rus тороидальная камера с магнитными катушками; vegeu més avall), que és el cor d'aquesta mena de reactors de fusió. Hi haurà a més altres edificacions auxiliars, com la planta criogènica, la planta d'escalfament per radiofreqüència i les instal·lacions de refrigeració i de subministrament d'energia, per esmentar-ne algunes, de les quals en podreu intuir la funció als paràgrafs següents, on s’explica el procés de producció artificial de l’energia de fusió.

Una tokamak és una màquina experimental dissenyada per recollir l’energia tèrmica produïda per la fusió, que és absorbida per les seves parets. Amb aquesta calor, com a qualsevol planta energètica, es produirà el vapor que mourà les turbines generadores d’electricitat (tot i que aquesta no és la finalitat de l’ITER, que pel seu caràcter experimental és més aviat un banc de proves de les tecnologies necessàries per a la fusió nuclear a escala real).

Al centre d’una tokamak el que hi ha és una cambra de buit de secció toroidal, on, per influència d’elevades temperatures i pressions, el combustible gasós esdevé plasma, el medi necessari perquè els elements més lleugers vagin fusionant-se i alliberant energia. Les partícules de plasma, carregades elèctricament, poden ser controlades i allunyades de les parets de la cambra per les bobines magnètiques que envolten la tokamak (confinament magnètic), que al seu torn són refrigerades per heli líquid a molt pocs graus per sobre de 0°K i que, en el cas de l’ITER, hauran de generar camps magnètics amb una intensitat d’uns 10 teslas.

El procés comença amb el buidatge d’aire i d’impureses a la cambra de buit, i segueix amb la càrrega de les bobines magnètiques, encarregades de confinar el gas, que és introduït tot seguit. A continuació, el gas és ionitzat per descàrregues elèctriques, de manera que esdevé plasma les partícules del qual, en anar adquirint energia i col·lidint, es comencen a escalfar. Val a dir que gran part de l’escalfament necessari perquè les partícules superin la seva repulsió electromagnètica natural i es fusionin serà proveïda de fonts externes (radiofreqüència), en les fases inicials del procés si més no.

La quantitat d’energia de fusió que pot produir una tokamak és directament proporcional al nombre de reaccions de fusió que tenen lloc al seu interior i per tant al volum de plasma que pot acollir la cambra. En aquest sentit, la tokamak de l’ITER oferirà un volum deu vegades superior al d’altres cambres de confinament magnètic ja existents avui.

 

Recreació de la secció de la tokamak de l’ITER

  L’ITER aspira a assolir un balanç net de producció d'energia –altres actuacions de fusió han consumit més energia que la que han pogut produir, com en el cas de la tokamak JET (Joint European Torus) d'Anglaterra, que l'any 1997 va produir 16 MW però en va necessitar 24 per fer-ho (Q=0,67; Q és la ràtio entre energia subministrada i energia obtinguda)–. L’ITER no només vol assolir l'equilibri entre energia d'entrada i de sortida, sinó que espera arribar a Q≥10 (específicament, com a mínim 500 MW d'energia de fusió a partir de 50 MW d'energia tèrmica subministrada al reactor).

Per assolir-ho, és vital aconseguir un plasma de deuteri (D, ²H) i triti (T, ³H). Les reaccions de fusió DT poden començar amb una temperatura del plasma relativament baixa, de l'ordre dels 150 milions de graus, si la densitat és prou alta; i, en principi, si hi ha un bon confinament del plasma (que en el cas de l'ITER, com s’ha apuntat, s'aconseguirà mitjançant camps magnètics), la reacció es pot mantenir durant molt de temps.

Pel que fa al triti, val a dir, és escàs i difícilment se’n podrà satisfer la demanda futura en cas que aquesta tecnologia es generalitzi. Per això, en fases posteriors del Projecte ITER, es pretén experimentar la viabilitat de produir-ne artificialment, in situ.

L’actuació vol demostrar també la seguretat de la fusió nuclear, en comparació amb la fissió nuclear. L’any 2012 el projecte va obtenir el vistiplau de l’Autoritat de Seguretat Nuclear francesa, atorgat després de l’examen rigorós dels estudis sobre els processos de fusió presentats pels promotors de l’ITER. En aquest sentit, tot sembla indicar que ni el control del plasma ni les reaccions de fusió haurien de suposar un risc mediambiental notable.

D’entrada, la fusió nuclear no allibera GEH a l’atmosfera, i el seu producte derivat és l’heli, un gas inert i no tòxic. Tampoc existeix risc de generar residus nuclears radioactius de semivida llarga (la dels radioisòtops activats per l’impacte dels neutrons lliures en les superfícies de la cambra se situa tot just en la desena d’anys com a màxim). Pel que fa al triti, isòtop radioactiu de l’hidrogen amb una semivida de 12,3 anys, les eventuals fuites podran ser contingudes pels compartiments de buit en primer lloc, i pels sistemes de detritificació i recuperació de ³H que existiran als edificis de l’ITER en segon lloc, i tot plegat es complementarà amb barreres de confinament basades en la diferència de pressions entre l’interior i l’exterior a fi que el T no es difongui fora de les instal·lacions de l’ITER.

A més, atesa la dificultat d’assolir les condicions necessàries per a la fusió, qualsevol disrupció en elles menaria simplement a l’aturada espontània de les reaccions, sense risc d’accident nuclear, de fuites ni de reaccions incontrolades.

I per acabar, la fusió nuclear permetria, amb igual massa, un alliberament d’energia quatre vegades superior al de la fissió, o quatre milions de vegades superior al de la crema de combustibles fòssils. Aquesta abundància d’energia s’aconseguiria a partir de materials pràcticament inexhauribles, ja que el D pot obtenir-se a partir de l’aigua i el T pot ser produït durant la reacció de fusió si s’aconsegueix que els neutrons lliures interactuïn amb liti –les reserves del qual semblen assegurades per a molts mil·lennis.

Autors

Redactat per: Alfonso Martínez Jaume

Per saber-ne més: ITER

Informació relacionada

• ITER