ITER, el projecte per replicar l’energia solar

El projecte de crear un reactor experimental de fusió nuclear, l’ITER, és determinar la viabilitat tecnològica i econòmica de la fusió nuclear pels sistemes de confinament magnètic a fi d’arribar a la generació d’energia elèctrica, com a fase prèvia a la construcció d’una instal·lació de demostració comercial.

Replicar les reaccions de fusió que tenen lloc a les estrelles per arribar a produir energia elèctrica ha estat l’objectiu de molts investigadors, enginyers, físics, matemàtics i molts altres estudiosos. Governs de les principals potències mundials ho han materialitzat amb una cooperació a gran escala, sense precedents en l’àmbit de l’energia. Es tracta del projecte de fusió nuclear ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) o també («el camí» pel seu significat en llatí). Es considera un dels projectes d’enginyeria més complicats i ambiciosos de la història humana.

Aquest reactor experimental de fusió nuclear es construeix a la ciutat francesa de Cadarache, al sud-est de França (a uns 70 km de Marsella), mentre que a Barcelona s’alberga l’Agència Europea de Fusió. L’edifici pesa 23.000 Tm i consta d’una estructura de formigó armat de set plantes. Els set membres principals, liderats per la Unió Europea, per aquesta proesa són: Xina, Unió Europea, Japó, Índia, Corea del Sud, Rússia i Estats Units.

Fissió i fusió nuclears

Es coneix com a fissió nuclear la descomposició d’àtoms pesants (com són l’urani o el plutoni) en ser bombardejats per neutrons espontanis, donant una reacció en cadena d’àtoms més lleugers (com el radi) i generant calor. D’aquí els casos dels reactors de les centrals nuclears o la pròpia bomba atòmica.

Per contra, la fusió nuclear és la unió d’àtoms lleugers (com el deuteri i el triti) a elevada temperatura per donar-ne altres de massa superior (com l’heli) i una ingent emissió d’energia. Perquè tinguin lloc aquestes reaccions s’ha de subministrar als nuclis dels àtoms l’energia necessària perquè s’aproximin fins a fusionar-se, vencent així les forces de repulsió electrostàtica que hi actuen. Per això es requereix escalfar el gas fins a temperatures molt elevades, com les que tenen lloc al centre de les estrelles i al mateix Sol. Aquesta energia arriba a la Terra en forma de llum, és la radiació electromagnètica.

En el nucli del Sol, l’enorme pressió de la gravetat que suporta fa que aquest procés de fusió es produeixi a una temperatura d’uns 15 milions de graus Celsius. En canvi, a la Terra la pressió és molt més baixa (10.000 milions de vegades menor que la del Sol), i això fa que es requereixi una temperatura molt més elevada, per sobre dels 150 milions de graus Celsius, per obtenir reaccions de fusió amb la conseqüent producció d’energia. Aquesta gran quantitat d’energia permet a la matèria entrar en estat de plasma, el denominat quart estat de la matèria.

Projecte ITER de fusió nuclear

El projecte ITER és el major experiment científic del món dissenyat per demostrar que la fusió nuclear —l’energia del Sol i les estrelles— pot utilitzar-se com a font d’energia neta, segura i pràcticament il·limitada a escala comercial. En síntesi, el reactor ITER busca demostrar que la fusió és viable, és a dir, que pot produir més energia de la que gasta.

El seu objectiu és produir 500 MW de potència de fusió (a partir d’una entrada de 50 MW) mantenint el plasma durant llargs períodes de temps.

La tecnologia ITER compta amb la col·laboració de 35 països per construir el que es coneix com a reactor Tokamak (en català, cambra toroidal amb bobines magnètiques) més gran del món. No obstant això, els principals components són els imants del vas de buit amb 5.000 tones de pes, el desviador i un controlador per diagnosticar més de 50 sistemes de mesura.

Aquests imants superconductors no oposen resistència al pas del corrent elèctric, de manera que els electrons poden moure’s lliurement i crear camps magnètics molt intensos, capaços de confinar el plasma de deuteri i triti a més de 150 milions de °C durant el temps suficient perquè es produeixi la fusió. ITER albergarà, doncs, un dels llocs més calents de l’univers però, al mateix temps, també un dels més freds, ja que els imants que confinaran i controlaran aquest plasma han de mantenir-se a uns quatre graus kelvin (-269 graus Celsius); el zero absolut es troba a -273,15 °C. Les dues seccions estaran separades i aïllades per un «mantell» d’acer revestit de beril·li.

La construcció va començar el 2013, i segons la primera versió s’havien d’iniciar proves amb plasma el 2025. No obstant això, la gran complexitat tècnica, la pandèmia i problemes en la cambra de buit han retardat el pla. Actualment, s’ha fixat l’obtenció del primer plasma («First Plasma») per al 2033-2035 per provar la fusió amb deuteri i triti, mentre que les operacions de fusió a gran escala (DT - deuteri-triti), que pretenen demostrar la producció neta d’energia, es preveuen a partir de 2035 o més tard. És fonamental per avançar cap a futurs reactors de fusió comercial.

L’energia del plasma de l’ITER

Al cor del Tokamak s’injecta l’hidrogen (isòtops de deuteri i triti) per iniciar la reacció nuclear; aquest gas gira a gran velocitat, elevant la temperatura mentre els àtoms col·lisionen, s’uneixen i es desprenen neutrons. La temperatura pot arribar a 150 milions de graus centígrads, és a dir, 10 vegades més calent que la temperatura del Sol.

Dins la cambra de buit i sota la influència d’enormes temperatures, el combustible gasós es converteix en plasma per permetre la fusió dels àtoms de l’hidrogen. El plasma no pot tocar les parets del reactor ja que, a aquesta temperatura, fondria qualsevol material utilitzat. Per aconseguir-ho s’utilitzen uns potents imants que confinen el plasma tot formant una espècie de cercle tancat.