El reactor experimental espa?ol de fusi¨®n

En los ¨²ltimos d¨ªas de 1996, concretamente el 19 de diciembre, el equipo cient¨ªfico-t¨¦cnico del Centro de Investigaciones Energ¨¦ticas Medioambientales y Tecnol¨®gicas (CIEMAT) responsable del stellarator espa?ol TJ-II realiz¨® su primer experimento con la reci¨¦n construida m¨¢quina experimental de fusi¨®n. El ensayo consisti¨® en introducir dentro del dispositivo TJ-II un fino haz de electrones que, atrapado por el campo magn¨¦tico del stellarator, viaja por su interior hasta que golpea una varilla oscilante, fluorescente y situada en el extremo opuesto de la m¨¢quina, produciendo un peque?o resplandor, que es registrado por una c¨¢mara de v¨ªdeo digital. La suma ¨®ptica de todos los destellos producidos durante un minuto aproximadamente (lo que en nuestro lenguaje llamamos un disparo) cre¨® una imagen que muestra la forma de las superficies confinantes del invisible campo magn¨¦tico del TJ-II.Este primer experimento es de gran importancia para la familia de m¨¢quinas de fusi¨®n que, como el TJ-II, son denominadas stellarators, ya que nos permiti¨® a los investigadores ver las caracter¨ªsticas de la botella magn¨¦tica que en su d¨ªa albergar¨¢ el combustible a temperaturas incluso superiores a las existentes en el centro de nuestro Sol. La fotograf¨ªa tomada demuestra la bondad de la construcci¨®n y el montaje de este complejo experimento, aut¨¦ntico desaf¨ªo cient¨ªfico y tecnol¨®gico, y supone una garant¨ªa para los experimentos futuros, ya que en un stellarator todas sus propiedades f¨ªsicas se basan en la existencia de unas superficies magn¨¦ticas cerradas y anidadas, que en nuestro caso confirmaban las predicciones te¨®ricas obtenidas hasta este momento ¨²nicamente en simulaciones con superordenadores. Esta serie de experimentos, que concluir¨¢ a finales del mes de enero, se continuar¨¢ con la instalaci¨®n y el montaje de la fuente de alimentaci¨®n el¨¦ctrica definitiva, que permitir¨¢ al proyecto TJ-II el comienzo de sus experimentos a pleno rendimiento en octubre de 1997, tras seis a?os de construcci¨®n.

Desde que, en 1939, Hans Bethe postul¨® que la energ¨ªa del Sol proviene de la fusi¨®n de n¨²cleos de hidr¨®geno en helio existe una carrera cient¨ªfica y tecnol¨®gica para conseguir controlar en nuestro planeta la fuente de energ¨ªa m¨¢s abundante de nuestro universo: la fusi¨®n nuclear. No es un problema f¨¢cil; incluso los n¨²cleos at¨®micos m¨¢s ligeros, los is¨®topos del hidr¨®geno (deuterio y tritio), necesitan temperaturas del orden de los 100 millones de grados (seis veces m¨¢s que en el interior del Sol) para que la fusi¨®n se produzca en nuestro planeta de una manera eficiente, energ¨¦ticamente hablando, y el problema que inmediatamente surge es c¨®mo aislar la materia a tan alta temperatura. Varias soluciones se han propuesto a este dilema, y el confinamiento magn¨¦tico de la fusi¨®n es una de las alternativas con m¨¢s posibilidades.

'Tokamak'

Los tokamaks y los stellarators son dos posibles botellas magn¨¦ticas que se diferencian esencialmente en c¨®mo producen sus campos magn¨¦ticos: el tokamak necesita la ayuda del propio plasma; el stellarator deja en manos de la tecnolog¨ªa y el dise?o humano su creaci¨®n. En la actualidad, los tokamaks son las m¨¢quinas m¨¢s avanzadas en el campo de la fusi¨®n magn¨¦tica, y, por ejemplo, el tokamak europeo JET, el mayor del mundo, ha conseguido generar en 1991 m¨¢s de un mill¨®n de vatios de potencia de fusi¨®n por unos segundos, y el gran proyecto multinacional en el que colaboran Rusia, Estados Unidos, Jap¨®n y Europa, del que deber¨ªa ser el primer tokamak que alcanzara la meta de la ignici¨®n (o autoproducci¨®n neta de energ¨ªa), ITER, avanza en su dise?o final, aunque no sin antes encontrar m¨²ltiples obst¨¢culos. Pero la materializaci¨®n del tokamak como planta comercial productora de electricidad no est¨¢ exenta de dificultades.

Por ello, los programas de fusi¨®n m¨¢s importantes, y particularmente el europeo y el japon¨¦s, dedican una parte considerable de sus recursos al desarrollo del concepto stellarator, que no adolece de estos problemas. Espa?a se ha unido a este esfuerzo comunitario con el proyecto TJ-II del CIEMAT, cuyos par¨¢metros y objetivos son similares a los dos stellarators m¨¢s avanzados que operan en el mundo: el alem¨¢n Wendelstein 7-AS, del Instituto Max-Planck, o el japon¨¦s Compact Helical System (CHS), de la Universidad de Nagoya. El experimento TJ-II, catalogado como "gran instalaci¨®n cient¨ªfica espa?ola" por el Comit¨¦ Espa?ol de Grandes Instalaciones Cient¨ªficas, tiene un di¨¢metro de casi cinco metros (marcado por sus bobinas de campo magn¨¦tico vertical), un volumen de plasma de un metro c¨²bico y un campo magn¨¦tico toroidal de un tesla (alrededor de 30.000 veces el campo magn¨¦tico terrestre); el peso de toda su estructura se acerca a las 100 toneladas y deber¨¢ producir plasmas con temperaturas similares a las existentes en el centro del Sol.

Dos factores han influido decisivamente en el renacimiento del concepto sterallator, descubierto en la Universidad de Princeton en los cincuenta: la aparici¨®n de potentes superordenadores y los avances tecnol¨®gicos industriales. Los superordenadores han permitido a los investigadores dise?ar sofisticadas trampas magn¨¦ticas con las propiedades f¨ªsicas necesarias para confinar un plasma a la temperatura y presi¨®n correctas y los avances en la tecnolog¨ªa han permitido materializar estos dise?os en m¨¢quinas de fusi¨®n reales.

Una nueva 'botella'

Las bobinas de la m¨¢quina espa?ola TJ-II son un buen ejemplo de esta combinaci¨®n de factores. Despu¨¦s de complicados c¨¢lculos en grandes ordenadores se encontr¨® una combinaci¨®n de bobinas circulares y helicoidales que formaban una nueva botella con propiedades f¨ªsicas nuevas y muy atractivas para el programa de fusi¨®n europeo, pero su materializaci¨®n s¨®lo fue posible cuando la tecnolog¨ªa ha permitido fabricar, por ejemplo, una bobina helicoidal de tres metros de di¨¢metro con desviaciones de su trayectoria ideal no superiores al mil¨ªmetro y por la que circula una densidad de corriente el¨¦ctrica r¨¦cord en el mundo para este tipo de bobinas (100 millones de amperios por metro cuadrado).

A pesar de todo el progreso en este campo, los stellarators todav¨ªa tienen que recorrer un largo camino hasta que consigan emular las condiciones avanzadas de confinamiento obtenidas en los tokamaks, pero la nueva generaci¨®n de m¨¢quinas stellarator, a punto de entrar en operaci¨®n, debe acortar una senda cuya meta ¨²ltima para todos aquellos que trabajamos en fusi¨®n es hacer realidad la promesa de una fuente de energ¨ªa el¨¦ctrica barata, ilimitada, segura y medioambientalmente aceptable