Reactor de fusió nuclear.

Un prototip de reactor de fusió nuclear, encara que encara no és capaç de generar energia, ha aconseguit produir neutrons d'alta energiaa.

Aquest prototip s'ha anomentat Fuze-Q, és capaç de realitzar milers de reaccions de fusió, provocant un augment gradual de les temperatures, densitats de plasma i temps de reacció necessaris per generar més energia de la que consumeix. Es preveu que aquest reactor de fusió pugui produir energia de manera fiable per a 30.000 llars.

El reactor de fusió en qüestió no es pot comparar amb el megaprojecte ITER, que ocupa una illa en una ciutat i que està prenent forma al sud de França. El ITER, finançat amb fons públics i enfrontant retards acumulats, tindrà una altura de 30 metres i pesarà més de 23.000 tones quan entri en funcionament (nova previsió per a 2029).

Els dos principals factors per dissenyar un reactor de fusió són el cost, la complexitat i la mida. Per això, el Fuze-Q s'ha reduït al màxim possible, prescindint de sistemes com la criogenia, bobines superconductores i imants.

La motivació per crear un reactor molt més petit es basa en la creença que els sistemes gegantescos no són necessaris ni desitjables per a la investigació, ja que el seu tamany els fa poc pràctics.

La fusió d'ions d'elements lleugers en un plasma gasós pot alliberar una gran quantitat d'energia si es supera la seva repulsió electrostàtica mútua. Això implica augmentar l'energia cinètica dels ions fins que es moguin prou ràpid (és a dir, que estiguin prou calents) per xocar i fusionar-se. El ITER segueix un disseny tradicional de tokamak, que busca activar un plasma deu vegades més calent que el Sol en un recinte gegant i buit de 20 metres d'ample. Com més gran sigui el recinte, més potència es produeix, cosa que explica el tamany gegantí del ITER.

No obstant això, a mesura que els ions són més ràpids i calents, es tornen més difícils de confinar. Estabilitzar el plasma requereix una enorme bateria d'imants superconductors refrigerats criogènicament.

D'altra banda, el prototip proposat evita provocar una reacció de fusió contínua i es centra en encadenar curts pulsos d'activitat de fusió. Aquests pulsos comencen amb un dispar de plasma de deuteri (un isòtop de l'hidrogen) en un extrem d'un tub de buit d'un metre de llarg, al centre del qual hi ha un elèctrode. El plasma s'accelera pel tub fins que arriba a l'extrem cònic de l'elèctrode, moment en què les forces magnètiques el comprimeixen en una columna ajustada, amb diferents capes fluïnt a diferents velocitats. Aquest flux manté el plasma estable i genera neutrons d'alta energia fins que finalment es col·lapsa.

Actualment, això passa en uns deu microsegons. Per a un dispositiu comercial, aquest temps d'activitat haurà d'estendre's a més de cent microsegons, i el combustible haurà d'incloure un isòtop d'hidrogen de curta durada, car i difícil d'obtenir anomenat triti.

Helion ha avançat encara més venent anticipadament 50 MW de potència a Microsoft, amb entrega prevista per a 2028. Els condensadors plens d'oli que es necessitaran són l'única manera d'entregar els grans pulsos d'energia necessaris a alta velocitat per iniciar les reaccions de fusió.

El Fuze-Q emmagatzemarà 1,5 MJ d'energia en aquests condensadors, aproximadament un terç de l'energia alliberada per un kg de TNT. Helion, per contrast, emmagatzemarà uns 50 MJ per descarregar-se en menys d'un mil·lisegon.

Inicialment, Helion fusionarà deuteri amb heli-3, un isòtop d'heli molt rar i extremadament car, en una reacció que produeix relativament pocs neutrons. Això no és un problema per a Helion, ja que no necessita neutrons per bullir aigua, sinó que produeix electricitat directament de la fusió. Això significa que necessitem menys fusió per obtenir un guany net.

Relativament poques empreses de fusió tenen plans d'utilitzar heli-3 com a combustible, ja que és tan escàs que alguns experts han suggerit extreure'l de la Lluna.

Si tot funciona com s'espera a escala, s'hauria de poder recuperar prou energia electromagnètica del sistema de fusió per recarregar aquests bancs de condensadors amb un petit excedent. Aquest petit excedent és el que es considera com a generació neta.

No obstant això, és poc probable que es produeixi un excedent net una vegada es tinguin en compte les demandes energètiques dels sistemes de refrigeració i commutació.

Els Estats Units han fet una gran aposta per la fusió, una tecnologia important perquè, sense risc de reaccions en cadena, gairebé no genera residus radioactius..

Ramon Gallart
Article Original:https://spectrum.ieee.org/zap-energy-fusion-reactor