Instalación destinada a la producción de energía mediante la fusión nuclear. Tras más de 60 años de investigación en este campo, se ha logrado mantener una reacción controlada, si bien aún no es energéticamente rentable.
La mayor dificultad se halla en soportar la enorme presión y temperatura que requiere una fusión nuclear (que sólo es posible encontrar de forma natural en el núcleo de una estrella). Además este proceso requiere una enorme inyección de energía inicial (aunque luego se podría automantener ya que la energía desprendida es mucho mayor).
Actualmente existen dos líneas de investigación, el confinamiento inercial y el confinamiento magnético.
El confinamiento inercial consiste en contener la fusión mediante el empuje de partículas o de rayos láser proyectados contra una partícula de combustible, que provocan su ignición instantánea.
Los dos proyectos más importantes a nivel mundial son el NIF (National Ignition Facility) en Estados Unidos y el LMJ") (Laser Mega Joule) en Francia.
El confinamiento magnético consiste en contener el material a fusionar en un campo magnético mientras se le hace alcanzar la temperatura y presión necesarias. El hidrógeno a estas temperaturas alcanza el estado de plasma "Plasma (estado de la materia)").
Los primeros modelos magnéticos, americanos, conocidos como Stellarator generaban el campo directamente en un reactor toroidal, con el problema de que el plasma se filtraba entre las líneas del campo.
Los ingenieros rusos mejoraron este modelo dando paso al Tokamak en el que un arrollamiento") de bobina primario inducía el campo sobre el plasma, aprovechando que es conductor, y utilizándolo de hecho como un arrollamiento secundario. Además la resistencia eléctrica del plasma lo calentaba.
El mayor reactor de este tipo, el JET (toro "Toro (matemáticas)") europeo conjunto) ha conseguido condiciones de fusión nuclear con un factor Q>0,7. Esto significa que el ratio entre la energía generada por fusión y la requerida para sostener la reacción es de 0.7. Para que la reacción se auto sostenga deben alcanzarse parámetros superiores a Q>1 y más aún para su viabilidad económica. El primer objetivo debe ser alcanzado con el proyecto ITER y el segundo con DEMO.
Se ha comprometido la creación de un reactor aún mayor, el ITER uniendo el esfuerzo internacional para lograr la fusión. Aun en el caso de lograrlo seguiría siendo un reactor experimental y habría que construir otro prototipo para probar la generación de energía, el llamado proyecto DEMO.
Possíveis combustíveis para reatores de fusão nuclear
A reação ideal para produzir energia por fusão é a do deutério e do trítio devido à sua alta seção efetiva. É também, por esse motivo, o mais utilizado em testes experimentais. A reação é a seguinte:
A obtenção do deutério não é difícil, pois é um elemento estável e abundante que se formou em grandes quantidades na sopa primordial de partículas (ver Big Bang). Na água, uma parte em cada 6.500 contém deutério em vez de hidrogênio, por isso se considera que existe uma reserva inesgotável de deutério. Num reator autossustentado, a reação deutério-trítio geraria energia e nêutrons. Os nêutrons são a parte negativa da reação e devem ser controlados, pois as reações de captura de nêutrons nas paredes do reator ou em qualquer átomo do reagente podem induzir radioatividade. Na verdade, os nêutrons, com tempo suficiente, podem enfraquecer a estrutura do próprio recipiente, com o consequente risco de ocorrência de fissuras perigosas. Para isso, existem moderadores e escudos de nêutrons como água pesada, berílio, sódio ou carbono como moderadores amplamente utilizados em usinas de fissão, ou boro e cádmio, utilizados como produtos que interrompem completamente os nêutrons, absorvendo-os. Se você quiser fazer um reator realmente limpo, terá que procurar outras fórmulas. Uma solução dupla foi proposta para o problema dos nêutrons e da abundância de trítio. O trítio não é encontrado na natureza porque é instável, por isso deve ser fabricado. Para obtê-lo, pode-se recorrer a usinas de fissão, onde pode ser gerado pela ativação do hidrogênio contido na água, ou pelo bombardeio do lítio, material abundante na crosta terrestre, com nêutrons.
Existem dois isótopos estáveis de lítio, o lítio-6 e o lítio-7, sendo este último muito mais abundante. Infelizmente, a reação que absorve nêutrons é a que ocorre com o lítio-6, a menos abundante. Tudo isso não impede que muitos nêutrons atinjam as paredes do próprio reator com a subsequente produção de átomos radioativos. Apesar disso, uma das propostas do ITER é revestir as paredes com lítio-6 o que impediria que boa parte dos nêutrons produzissem mais trítio. Devido a todos esses problemas, outras reações com seção altamente eficaz, mas mais limpas estão sendo investigadas. Um dos mais promissores é o do deutério mais hélio-3.
O problema desta reação reside na menor seção efetiva em relação à do deutério-trítio e na obtenção do hélio-3, que é o isótopo mais raro do referido elemento. Os prótons não representam tanto perigo quanto os nêutrons, pois não serão facilmente capturados pelos átomos devido à barreira de Coulomb que devem atravessar, algo que não acontece com partículas de carga neutra, como os nêutrons. Além disso, um próton pode ser manipulado usando campos eletromagnéticos. Uma solução para obter artificialmente o hélio-3 seria incorporar, no próprio reator, a reação deutério-deutério.
O problema é que, mais uma vez, obtemos um neutrão residual, o que nos traz de volta ao problema do neutrão. Talvez a chave fosse a obtenção de hélio-3 natural, mas isso é extremamente raro na Terra. Deve-se levar em conta que o pouco hélio-3 natural produzido pela radioatividade tende a escapar da nossa densa atmosfera. O curioso é que esse isótopo é abundante na Lua. Está espalhado pela sua superfície e provém do vento solar que durante milhares de milhões de anos banhou a superfície lunar nua com as suas partículas ionizadas. Este hélio lunar poderá ser, no futuro, a chave para reatores de fusão.
Entretanto, estão a ser realizadas pesquisas sobre materiais que, embora ativados, apenas dão origem a isótopos com meia-vida curta, pelo que, ao deixarem estes materiais repousar por um curto período, poderão ser considerados resíduos convencionais (não radioativos). O principal problema, em qualquer caso, continuaria a ser a dificuldade de manter a estrutura central em boas condições sem que ela se deteriorasse e tivesse que ser trocada de vez em quando.