El tokamak de fusi¨®n nuclear de la Universidad de Sevilla consigue generar plasma a millones de grados durante un tiempo r¨¦cord

El sue?o de abastecer de energ¨ªa a una familia durante casi un siglo con la cantidad de combustible que cabr¨ªa en un vaso de agua y hacerlo de forma eficaz, limpia, segura y de fuentes pr¨¢cticamente inagotables est¨¢ cada vez m¨¢s cerca. El prototipo de reactor de fusi¨®n nuclear Smart (Small Aspect Ratio Tokamak), liderado por la Universidad de Sevilla (US) y en el que participa un consorcio internacional, ha conseguido arrancar el dispositivo, generar plasma (el combustible del reactor), elevar su temperatura a unos 10 millones de grados y mantenerlo durante el doble de tiempo del previsto. El avance adelanta en dos a?os las previsiones de desarrollo de una de las tecnolog¨ªas m¨¢s prometedoras.

La fusi¨®n nuclear es la gran esperanza energ¨¦tica. El principio f¨ªsico es la liberaci¨®n de energ¨ªa mediante la uni¨®n de dos n¨²cleos de ¨¢tomos ligeros para formar otro. En estos momentos, los elementos m¨¢s utilizados son el deuterio y tritio, de los que, con solo 2,5 gramos, el equivalente a la cantidad que cabe en una cucharilla, se puede generar una energ¨ªa equivalente a la que producir¨ªa la combusti¨®n de un estadio lleno de carb¨®n. Cada gramo tiene 10? m¨¢s capacidad que un combustible f¨®sil.

Pero para llegar a esa capacidad mediante un proceso que imita al Sol queda a¨²n recorrido, una senda que la Universidad de Sevilla ha acortado con un avance in¨¦dito: generar plasma, elevar su temperatura a millones de grados sin comprometer el tokamak y mantenerlo durante un segundo, un tiempo que puede parecer corto, pero que es el doble del previsto en este primer arranque del dispositivo.

El profesor de F¨ªsica At¨®mica, Molecular y Nuclear Manuel Garc¨ªa Mu?oz, investigador principal del tokamak Smart, considera que el paso abre la ¡°fase operativa¡±, que la teor¨ªa se pone en pr¨¢ctica: ¡°B¨¢sicamente, hemos encendido el tokamak y ha funcionado. Y lo ha hecho mejor de lo que esper¨¢bamos. Hemos metido el combustible y conseguido encender el plasma y llegar a varios millones de grados. Hemos demostrado que el reactor compacto que hemos dise?ado y construido ¨ªntegramente en el Laboratorio de Ciencia del Plasma y Tecnolog¨ªa de Fusi¨®n de la Universidad de Sevilla, en colaboraci¨®n con much¨ªsimas entidades internacionales, funciona¡±.

El avance no solo se produce dos a?os antes de lo planeado, sino que el resultado de este estreno es mejor del previsto. ¡°La longitud del pulso [la duraci¨®n de un incremento significativo en la potencia del reactor] se ha prolongado dos veces m¨¢s de lo que esper¨¢bamos¡±. Se preve¨ªa medio segundo (habr¨ªan sido suficientes milisegundos para dar por superada la prueba), pero alcanz¨® el doble de ese tiempo y, seg¨²n explica Garc¨ªa Mu?oz, es importante porque se han mantenido los campos magn¨¦ticos que confinan el plasma en el tokamak y el dispositivo ha soportado el estr¨¦s t¨¦rmico sin afectaci¨®n significativa.

El experimento se ha recogido en un v¨ªdeo donde se pueden observar los aros que forman los iones y electrones alrededor de la columna central del tokamak, siguiendo las l¨ªneas del campo magn¨¦tico, y el resplandor del plasma de fusi¨®n al llegar a millones grados.

La siguiente fase es escalar la prueba para alcanzar progresivamente entre 100 y 200 millones de grados, que es la temperatura necesaria para la fusi¨®n efectiva. De ah¨ª, para generar energ¨ªa, habr¨ªa que aumentar mucho m¨¢s el tama?o del reactor y una inversi¨®n muy superior a la actual. Pero la prueba ha demostrado que el dise?o esf¨¦rico compacto, en forma de manzana, es efectivo frente a los modelos actuales, con la apariencia de una rosquilla.

Otra de las innovaciones del proyecto liderado por la US es la forma del plasma confinado, denominado de Triangularidad Negativa y que supone que el combustible del reactor adquiere en el interior la forma de la letra D, pero invertida. Esa configuraci¨®n permite alcanzar millones de grados en el centro del plasma y que la pared del tokamak no supere los 100 grados. No solo facilita la estabilidad del elemento principal de la fusi¨®n sino tambi¨¦n la integridad del dispositivo, que puede ser m¨¢s peque?o.

El equipo del laboratorio ha abierto ya la siguiente fase, que consiste en sustituir el sistema actual de generaci¨®n de la ¡°jaula¡± magn¨¦tica, donde se confina el plasma, por superconductores de alta temperatura. ¡°Estos permiten reactores de fusi¨®n m¨¢s compactos, eficientes y accesibles, seg¨²n explic¨® Eleonora Viezzer, profesora de la US y coinvestigadora principal del proyecto SMART. En ellos trabaja el Instituto de Tecnolog¨ªa de Massachusetts (MIT) y la empresa Commonwealth Fusion Systems a trav¨¦s del proyecto SPARC.

La gran ventaja de los superconductores frente a las bobinas de cobre que se utilizan ahora para generar el campo magn¨¦tico es que, seg¨²n explica Garc¨ªa Mu?oz, ¡°no consumen apenas energ¨ªa¡±. Este aspecto es fundamental para alcanzar la ganancia neta (arrojar m¨¢s energ¨ªa que la que se utiliza para generarla) y, al mismo tiempo, para abaratar los costes y hacer m¨¢s accesible la tecnolog¨ªa.

El desarrollo de este prototipo, equivalente a lo que ser¨ªa un port¨¢til en el ¨¢mbito de los ordenadores, permitir¨ªa que un solo reactor pudiese abastecer una ciudad como Sevilla, con unos 700.000 habitantes. ¡°El objetivo es acelerar el desarrollo de la fusi¨®n con reactores compactos, peque?os, que puedan llegar a todos sitios, que no haga falta un consorcio internacional o inversiones enormes, sino democratizar esa tecnolog¨ªa¡±, concluye Garc¨ªa Mu?oz.

El r¨¦cord del dispositivo sevillano es simult¨¢neo al registrado por el Tokamak Superconductor Avanzado Experimental (EAST, por sus siglas en ingl¨¦s), conocido como el ¡°sol artificial¡± de China. Este equipo ha logrado mantener el plasma de alto confinamiento en estado estacionario durante 1.066 segundos.

¡°Un dispositivo de fusi¨®n debe lograr un funcionamiento estable con alta eficiencia durante miles de segundos para permitir la circulaci¨®n autosostenida de plasma, que es esencial para la generaci¨®n continua de energ¨ªa de las futuras plantas de fusi¨®n¡±, explica Song Yuntao, director del Instituto de F¨ªsica de Plasma asi¨¢tico.

Otro avance, esta vez por simulaci¨®n, lo han desarrollado cient¨ªficos del Departamento de Energ¨ªa de Estados Unidos y del Laboratorio de F¨ªsica del Plasma de Princeton (PPPL) donde han presentado una t¨¦cnica que aumenta el calor en el plasma y mejora las reacciones de fusi¨®n.

¡°Los resultados podr¨ªan conducir a un calentamiento de plasma m¨¢s eficiente y posiblemente a un camino m¨¢s f¨¢cil hacia la energ¨ªa de fusi¨®n¡±, asegura el f¨ªsico Eun-Hwa Kim, autor principal de la investigaci¨®n publicada en Physics of Plasmas.