General Atomics recibió recientemente apoyo de crédito fiscal del estado de California para diseñar y construir una nueva instalación de pruebas en San Diego para probar un componente clave en un reactor de fusión nuclear: un revestimiento de reproducción de fusión que puede producir "combustible casero" para el reactor mientras genera electricidad. Esta medida se considera una señal importante para que California aumente su diseño en el campo de la tecnología de energía nuclear de próxima generación y también proporciona una plataforma de verificación de ingeniería clave para que la fusión nuclear comercial avance hacia un "combustible autosuficiente".

La fusión nuclear se considera la solución de "energía definitiva" que se espera que cambie fundamentalmente el panorama energético mundial, pero realizar una planta de energía de fusión comercialmente viable no es tan simple como iniciar una reacción de fusión nuclear en el laboratorio. Actualmente, cualquier laboratorio de física, con determinadas condiciones, puede producir una reacción de fusión en un dispositivo de sobremesa. El verdadero problema radica en cómo construir un reactor comercial que pueda funcionar de manera estable durante mucho tiempo, lograr una producción neta de energía y tener viabilidad de ingeniería. Además de hacer que el reactor produzca mucha más energía de la que consume, el diseño de ingeniería también debe abordar la ruta específica de conversión de energía en electricidad y garantizar que el sistema todavía tenga suficiente resistencia estructural y confiabilidad a largo plazo en condiciones extremas como fuertes campos magnéticos, temperaturas extremadamente altas y radiación de neutrones de alta intensidad.

En la investigación y el desarrollo actuales de la tecnología de fusión nuclear, el desarrollo y verificación de diversos componentes de ingeniería es uno de los enfoques centrales, entre los cuales el componente llamado "manta de reproducción de fusión" es particularmente crítico. Como sugiere el nombre, se trata de un "revestimiento" hecho de aleación de litio que cubre la pared interior de la cámara de confinamiento magnético (tokamak), cerca de la cavidad que contiene plasma de hidrógeno a alta temperatura. Esta envoltura tiene una doble tarea: por un lado, capta la energía de neutrones generada por la reacción de fusión, la convierte en calor y luego la convierte en electricidad mediante enlaces de conversión termoeléctrica convencionales; por otro lado, utiliza estos neutrones para "cultivar" más combustible de fusión para mantener y continuar el funcionamiento del reactor.

El diseño actual de reacción de fusión utiliza un combustible mixto de isótopos de hidrógeno, deuterio y tritio. El deuterio es relativamente fácil de extraer del agua, mientras que el tritio es muy escaso. Su vida media radiactiva es de unos 12,32 años, lo que significa que la cantidad total de tritio natural en la Tierra es de sólo unos 4 kilogramos. Por lo tanto, el combustible de tritio utilizado en los reactores de fusión casi debe producirse artificialmente. El camino principal es utilizar neutrones para bombardear litio e inducir una reacción nuclear para generar tritio. La envoltura de reproducción de fusión desempeña un papel en este proceso: cuando los neutrones de fusión de alta energía bombardean continuamente la capa de aleación de litio, parte de los neutrones serán absorbidos por el núcleo de litio, lo que provocará su fisión para producir helio y tritio, y liberará una enorme energía térmica de aproximadamente 4,8 MeV. El proceso de reacción nuclear correspondiente se puede expresar mediante la fórmula ⁶Li + n → ⁴He + ³H + 4,8 MeV.

Aunque este proceso es relativamente claro desde el principio físico, está lleno de desafíos en la implementación de ingeniería. Con este fin, General Atomics unirá fuerzas con el Departamento de Energía de EE. UU., el Laboratorio Nacional de Idaho, la Universidad de California en San Diego y múltiples socios industriales y académicos para construir conjuntamente la "Instalación de prueba de componentes de manta". El objetivo de la instalación es realizar pruebas sistemáticas del revestimiento de reproducción por fusión a gran escala en condiciones cercanas a las condiciones reales del reactor para evaluar su durabilidad estructural en entornos de alta temperatura y alta irradiación, mientras se mide cuantitativamente su capacidad de producción de calor y su tasa de producción de tritio.

El equipo del proyecto espera que al completar la verificación de indicadores clave como las propiedades termodinámicas, la estabilidad del material y la "eficiencia de reproducción" del combustible de los componentes del revestimiento por adelantado en esta instalación, cuando se construya el primer lote de centrales eléctricas de fusión comerciales, puedan respaldar directamente la tecnología de revestimiento madura que ha pasado la verificación de ingeniería. De esta manera, se espera que los futuros reactores de fusión tengan capacidades de autoabastecimiento de combustible en las primeras etapas de operación, lo que reducirá significativamente la dependencia de fuentes externas de tritio, dando así a la energía de fusión una base más sólida en términos de seguridad, sostenibilidad y economía.