Des que es van descobrir, en el primer terç del segle XX, els processos físics que condueixen a la producció d’energia en el nostre Sol i en les estrelles, s’està duent a terme un esforç continuat perquè la humanitat puga usar la fusió nuclear com a font d’energia. Els avantatges de dominar els processos de fusió com a font d’energia són enormes: àmplia disponibilitat de combustibles de fusió, energia massiva, i absència de producció de gasos d’efecte hivernacle i de residus radioactius de llarga duració. La consecució pràctica de l’energia de fusió nuclear és un dels grans desafiaments de la humanitat del segle XXI.
La comunitat científica internacional treballa en distintes alternatives (confinament inercial i magnètic), amb diferent grau de desenvolupament, cap a la realització pràctica de l’energia de fusió nuclear.
Els recents resultats obtinguts en la National Ignition Facility (NIF) del Laboratori Nacional Lawrence Livermore, als Estats Units, basats en el denominat confinament inercial, són de gran importància científica. Per primera vegada, s’ha aconseguit un guany energètic (Q) de l’energia de fusió nuclear –que es calcula mesurant el quocient entre l’energia generada per la reacció de la fusió i la que s’utilitza per a calfar el sistema per mitjans externs– superior a la unitat. Es tracta d’una gran fita científica.
En la fusió per confinament inercial, una petita capa esfèrica sòlida que aglutina el combustible de deuteri-trit és irradiada per radiació de làsers d’alta densitat de potència, que comprimeixen la capa a altes densitats i temperatures, procés que finalment condueix a la producció polsada d’energia de fusió. Un dels grans desafiaments per a obtenir la fusió nuclear mitjançant l’estratègia de confinament inercial és concentrar de manera molt simètrica l’energia dels làsers sobre la diminuta bola de combustible de deuteri i triti, per a així evitar el desenvolupament d’inestabilitats. Les dades recentment comunicades per NIF indiquen que aquest gran desafiament ha estat finalment resolt, cosa que suposa un gran èxit científic.
«La consecució pràctica de l’energia de fusió nuclear és un dels grans desafiaments de la humanitat del segle XXI»
En el cas de l’estratègia basada en el confinament magnètic, es requereix escalfar els nuclis reaccionants de deuteri i triti a unes temperatures deu vegades superiors que les del centre del Sol, i aïllar-los tèrmicament de l’ambient circumdant mitjançant un intens camp magnètic, de l’ordre d’unes 100.000 vegades el camp magnètic terrestre. La referència d’aquests esforços de col·laboració internacional és el reactor de fusió experimental (ITER) que s’està construint a Europa per un consorci de membres internacionals, amb l’objectiu de demostrar la producció d’energia de fusió amb guany alt (Q = 10). El concepte de reactor per confinament magnètic està prou madur per a la seua extrapolació cap a una planta d’energia de fusió (denominada DEMO).
En canvi, el desenvolupament d’un concepte de reactor basat en la fusió inercial requereix actuar sobre prop de deu esferes de combustible per segon i, actualment, no existeix un suport tecnològic prou madur per a fer-ho possible. Així, és el grau d’integració de la ciència la tecnologia cap a un reactor de fusió nuclear el que marca la diferència entre els resultats del confinament magnètic i del confinament inercial.
En qualsevol cas, el desenvolupament de reactors de fusió nuclear demana demostrar l’autosuficiència en la generació de triti i validar materials que siguen resistents als intensos i energètics (14 MeV) fluxos de neutrons de fusió nuclear. La validació de materials de fusió és l’objectiu del projecte IFMIF-DONES, una iniciativa del Laboratori Nacional de Fusió del Centre d’Investigacions Energètiques, Mediambientals i Tecnològiques (CIEMAT), que actualment desenvolupa el Consorci IFMIF-DONES Espanya a Granada.
En resum, la consecució pràctica de l’energia de fusió nuclear, un dels grans desafiaments de la humanitat, demana una visió de futur que integre la ciència i la tecnologia de la fusió nuclear.
