Récord mundial de Fusión Nuclear en Alemania

Akura Yonomoto -Periodista científico de El Ciudadano Digital-

W7-X, (Wendelstein 7-X) primer ejemplo de un nuevo reactor estelar diseñado por un supercomputador

El experimento, desarrollado en Greifswald por el Instituto Max Planck de Física del Plasma, no es solo una suma de cifras espectaculares. Supone, sobre todo, un nuevo estándar de rendimiento para los reactores de fusión de tipo estelarizador, tradicionalmente considerados más complejos que los tokamaks, pero también más prometedores a largo plazo. El foco estuvo en dos variables críticas, las más difíciles de este tipo de experimentos. Por un lado, la estabilidad del plasma, y por otro, su tiempo de confinamiento. Mejorarlas de forma simultánea es uno de los mayores retos de la disciplina, y aquí se consiguió sin recurrir a artificios externos.

La fusión nuclear reproduce en la Tierra el proceso que alimenta a las estrellas: la unión de isótopos de hidrógeno a temperaturas extremas, generando plasma y liberando enormes cantidades de energía. El problema es mantener esas condiciones de forma sostenida sin problemas. Mientras que los tokamaks dependen de corrientes internas en el plasma para generar campos magnéticos, los estelarizadores apuestan por potentes imanes externos, una solución más estable para operaciones prolongadas.

En esta campaña, el W7-X no solo superó las marcas históricas de tokamaks como el japonés JT60U o el británico JET, sino que alcanzó un nuevo récord del producto triple, la métrica que combina densidad, temperatura y tiempo de confinamiento. Acercarse al criterio de Lawson, conocido por el umbral en el que la reacción empieza a producir más energía de la que consume, es una señal inequívoca de progreso.

Parte del éxito se explica por la introducción de un innovador sistema de inyección de combustible. En apenas 43 segundos se dispararon 90 pastillas de hidrógeno congelado a velocidades cercanas a los 800 metros por segundo, coordinadas con pulsos de microondas de alta potencia que calentaron el plasma de forma precisa.

El resultado fue una estabilidad inédita.

Además, la tasa de renovación energética alcanzó 1,8 gigajulios en seis minutos, superando tanto el récord previo del propio reactor como registros recientes en China. Más allá del impacto mediático, estos datos consolidan al Wendelstein 7-X como una referencia internacional y refuerzan la idea de que los estelarizadores ya no son una curiosidad teórica.

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La historia del W7-X

Durante muchos años los científicos han soñado con una fuente de energía limpia, inagotable en forma de la fusión nuclear. Este sueño pronto puede hacerse realidad gracias a los esfuerzos del Instituto Max Planck^[1] de Física del Plasma que el año pasado construyó la máquina de fusión nuclear más grande del mundo, el reactor estelar W7-X.^[2]

Después de más de un año de pruebas, los ingenieros del Instituto están listos para arrancar la máquina que cuesta 1.100 millones de dólares, lo que puede suceder antes de finales de este mes, según la citada publicación.

En comparación, el tokamak, un aparato que genera grandes cantidades de energía obteniendo la fusión de partículas de plasma, tiene un uso más amplio que el reactor estelar. Hay más de 3 docenas de tokamaks^[3] operativos en todo el mundo, y más de 200 fueron construidos a lo largo de la historia. Son más fáciles de montar y han demostrado que pueden realizar el trabajo de un reactor nuclear mejor que el reactor estelar.

El rasgo distintivo del W7-X es que es más seguro y eficaz en contener plasma durante largos períodos, lo que podría ayudar a los científicos a proporcionar una fuente inagotable de energía. Aunque el diseño de tokamak es ideal para contener plasma, presenta algunos riesgos de seguridad, por ejemplo, si la corriente falla o hay una interrupción magnética. Estas alteraciones pueden desencadenar fuerzas magnéticas suficientemente poderosas para dañar el reactor. Los científicos del Instituto Max Planck afirman que el W7-X es una opción más práctica que puede superar los problemas de seguridad de tokamak.

Si W7-X iguala o supera el rendimiento de un tokamak de tamaño similar, los investigadores tendrían que reevaluar el curso futuro del área de la energía de fusión.^[4]

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Confinamiento magnético

Las investigaciones del Laboratorio Nacional de Fusión se centran principalmente en el confinamiento magnético, que es una de las técnicas principales en las que puede basarse un futuro reactor de fusión. El confinamiento magnético se obtiene generando un campo magnético toroidal (en forma de donut) muy intenso mediante bobinas de campo externas que llevan una corriente fuerte.

En este campo magnético, se inyecta gas de Hidrógeno o Deuterio, que se calienta mediante radiación de microondas. Pronto la temperatura del gas se eleva lo suficiente para que se ionice, es decir, para que los núcleos atómicos pierden sus electrones asociados.

El gas ionizado resultante se denomina plasma. Las partículas ionizadas estarán fuertemente afectadas por el campo magnético y tenderán a seguir las líneas de campo. Ya que las líneas de campo están diseñadas para doblar sobre sí mismos dentro de la vasija en forma de donut, las partículas no pueden escapar y son confinadas. Se puede aplicar calentamiento adicional en forma de haces de partículas neutras, para aumentar la densidad y temperatura todavía más.

Existen varios diseños alternativos para la estructura del campo magnético. El tipo más popular se llama tokamak, y en esta configuración una parte del campo magnético confinante está generado por corriente eléctricas que fluyen en el plasma mismo. El tokamak más grande del mundo actualmente operativo es el JET (en Inglaterra), y también el proyecto internacional ITER se basa en este diseño. Otro diseño popular es el stellarator, que es una configuración en el que la mayor parte del campo magnético confinante puede ser generado por las bobinas de campo externos, así proporcionando un mayor control sobre el plasma. El proyecto TJ-II pertenece a esta categoría, así como el proyecto grande de W7-X, ahora en fase de construcción en Alemania.^[5]

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