nuclear energy - some thoughts (2/3)

20minutes FR - Nucléaire: On a visité Iter, à la poursuite de l'énergie des étoiles, YouTube, 08.02.2022

@daveguasch

El canvi climàtic i la necessitat de reduir les emissions ha tingut com a resultat que s'hagi reactivat arreu del món el vell debat sobre la necessitat de construir noves plantes d'energia nuclear. Uns debats a la TV i a la premsa que ens han presentat, un cop més, l'energia nuclear com la solució als problemes de les emissions i l'exemple de França com una experiència reeixida en la utilització d'aquesta energia (1).

Si fa temps que segueixes aquest blog, ja deus saber que el meu escepticisme pel que fa a l'energia nuclear produïda durant la reacció de la fissió (des dels més antics reactors als darrers EPR), es transforma en una mena d'esperança quan toco el tema de l'energia nuclear produïda durant la reacció de la fusió (2). Pots trobar alguns exemples als posts publicats sobre els projectes lligats a la miniaturització dels primers (3) i sobre l'estat d'avançament dels darrers (4).

Sobre l'energia nuclear produïda durant la reacció de la fusió, fa uns dies vaig llegir a Live Science (5) un article molt interessant. Parlava d'un equip d'investigadors del Swiss Plasma Center (6) de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EFPL) que acabava de reescriure una regla fonamental dels reactors de fusió nuclear coneguda amb el nom de límit de Greenwald. El resultat d'aquesta recerca demostrava que aquests reactors podrien alliberar el doble de l'energia que fins ara se'ls suposava.

Paolo Ricci (Swiss Plasma Center), va afirmar que el descobriment que els reactors de fusió poden funcionar amb densitats de plasma d'hidrogen molt més altes que el límit de Greenwald, que hom havia pres com a referència en el tokamak ITER que s'està construint al sud de França. Segons Ricci aquesta descoberta influirà en el  funcionament de l'ITER i tindrà un impacte en els dissenys dels seus successors.

Una descoberta molt interessant però, pel que fa a la seva aplicació, com diem a Suïssa: C'est de la musique d'avenir (7). Ara mateix, tot sembla indicar que el problema més urgent a resoldre és el de trobar una solució al problema del combustible necessari per posar en marxa l'ITER (8):

Dins de la cambra de reacció en forma de Donut, anomenada Tokamak, dos tipus d'hidrogen, el Deuteri i el Triti, han de col·lisionar fins a la seva fusió en un plasma que ha d'arribar a temperatures més elevades que les observades a la superfície del sol, alliberant així una quantitat extraordinària d'energia.

O almenys, aquesta és la idea. El problema és que, quan l'ITER estigui llest, potser no quedarà prou combustible arreu del món per fer-lo funcionar. Car, si el Deuteri es pot extreure de l'aigua de mar, el Triti és un isòtop radioactiu de l'hidrogen increïblement rar.

Els nivells atmosfèrics de Triti van assolir el seu màxim a la dècada de 1960, abans de la prohibició dels assaigs nuclears. Segons les últimes estimacions, hi ha menys de 20 kg a la Terra en aquest moment. 

Ara mateix, el Triti utilitzat en reactors experimentals de fusió prové de vells reactors coneguts amb el nom de heavy-water moderated reactor. Un tipus de reactors dels quals no en queden gaires arreu del món, i estan arribant al final de la seva vida útil: Canadà (19), Corea del Sud (4), Romania (2)..., cadascun produint uns 100 g de triti a l'any.

Un problema afegit és que el Triti té una vida mitjana de 12,3 anys i es desintegra ràpidament. Quan l'ITER estigui preparat per entrar en funcionament, la meitat del Triti avui disponible s'haurà desintegrat i transformat en Heli 3. Així doncs, a mesura que la construcció de l'ITER s'allarga, les fonts de Triti que el podrien alimentar estan desapareixent.

El Triti ha passat de ser un subproducte no desitjat de la fissió nuclear que s'havia d'eliminar amb cura, a convertir-se en la substància més cara de la Terra. La seva producció costa 30.000 dòlars per gram, i hom estima que els reactors de fusió experimentals actuals i en construcció en necessitaran fins a 200 kg/any. Per empitjorar les coses, el Triti també s'utilitza als programes d'armes nuclears, car ajuda a augmentar la potència de les bombes.

La gran paradoxa és que si l'objectiu principal de la fusió nuclear era proporcionar una alternativa més neta i segura a l'energia de fissió nuclear tradicional, ens trobaríem davant l'absurd de necessitar els reactors de fissió 'bruts' per alimentar en combustible els reactors de fusió 'nets'.

Per resoldre aquest absurd s'han proposat noves solucions. Algunes estan molt lluny de poder ser utilitzades al reactor en construcció, altres són massa cares per poder produir les quantitats de Triti necessàries i probablement continuaran estant reservades pels programes d'armes nuclears. Finalment, altres solucions estan basades en un nou concepte basat en la construcció de nous reactors.

Vist tot el temps i les quantitats faraòniques de capital invertits en l'ITER, no és estrany que hom no vulgui ni sentir parlar d'aturar el projecte per construir nous reactors experimentals començant des de zero. Com diu Scott Willms, líder de la divisió del cicle del combustible a l'ITER: "La fusió és molt, molt difícil, i qualsevol cosa que no sigui la fusió del Deuteri i el Triti serà 100 vegades més difícil". I afegeix: "D'aquí a un segle, potser podrem parlar d'una altra cosa".

I mentre hom intenta trobar una solució per alimentar l'ITER quan aquest entri en funcionament, la seva construcció s'enfronta a un problema que fa mesos ningú no havia previst: les sancions europees contra Rússia (9).

Rússia contribueix amb un 9% al cost de l'ITER, la mateixa quantitat que el Japó o els Estats Units. Segons el planning del projecte, durant 2022 hauria de lliurar diversos components que estan actualment bloquejats al port de Sant Petersburg a causa de les sancions lligades a la guerra d'Ucraïna.

Pel cap de l'enginyeria de l'ITER, Rússia és un soci tècnicament molt fiable i sempre ha lliurat els components seguint els planning establert. Més enllà dels components, també hi ha el problema del centenar d'enginyers russos que treballen al projecte.  Ara per ara, no hi ha cap mecanisme que permeti excloure a cap membre del projecte, fins ara no hi ha hagut pressions des dels EUA per excloure a Rússia del projecte. Rússia tampoc no ha fet cap gest que amenaci la seva contribució al projecte.

Si les pressions dels EUA es materialitzessin, el projecte entraria en una nova fase d'endarreriment car, just a títol d'exemple, hi ha un tipus de bobina molt especial al port de Sant Petersburg que va trigar tres anys a construir-se.

Tot el que puc afegir és que aquella esperança de la qual et parlava sobre l'energia nuclear produïda durant la reacció de la fusió s'està evaporant a la mateixa velocitat amb què es desintegra el Triti. Segueixo creient en aquesta font d'energia i estic convençut que un dia es farà realitat. Però tinc molts dubtes que sigui una alternativa per resoldre, en temps volgut, el problema de les emissions al que ens enfrontem actualment.

---

1. Veure Nuclear Energy - Some Thoughts (1/3), publicat en aquest blog el 31.01.2022
2. Wikipedia: Réaction nucléaire [en] [fr] [es] [ca]
3. Veure, per exemple, Mini-nuclear reactors are coming? i Mini-nuclear reactors are coming again?, publicats en aquest blog el 19.04.2020 i el 11.07.2021
   
4. Veure, per exemple Nuclear fusion could be soon a reality ... really? (1/2) (2/2), publicats en aquest blog respectivament 12.03.2018 i el 26.03.2018
5. Tom Metcalfe: Physicists just rewrote a foundational rule for nuclear fusion reactors that could unleash twice the power, Live Science, 26.05.2022
6. Veure Swiss Plasma Center, publicat en aquest blog el 26.10.2015
7. Dictionnaire Franco-Suisse, Skypass
8. Amit Katwala: Nuclear Fusion Is Already Facing a Fuel Crisis, Wired, 19.05.2022
9. Alexandre Vella: Guerre en Ukraine : « 2022 était une année importante pour les livraisons russes», le projet de fusion nucléaire Iter fragilisé, 20Minutes FR, 26.03.2022