plasma sostenido por 6 minutos
Un reactor de fusión en el sur de Francia, llamado WEST, acaba de alcanzar un hito importante que nos acerca un paso más hacia una energía limpia, sostenible y casi ilimitada.
El interior de WEST, que acaba de batir un récord de fusión para un tokamak de tungsteno. Crédito: CEA-IRFM.
Científicos del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL), en Nueva Jersey, que colaboraron en el proyecto, anunciaron hoy que el dispositivo creó un material supercaliente llamado plasma, que alcanzó los 50 millones de grados Celsius durante 6 minutos seguidos.
El objetivo final es mantener un plasma supercaliente durante muchas horas, pero 6 minutos constituyen un nuevo récord mundial para un dispositivo como WEST. Otros reactores nucleares similares han creado plasmas más calientes, pero no han durado tanto.
WEST es lo que se llama un tokamak. Es un reactor de fusión en forma de rosquilla del tamaño de una habitación de casi 3 x 3 metros, capaz de generar el mismo tipo de energía que alimenta nuestro Sol. Es por eso que a veces los científicos llaman a estas máquinas «soles artificiales».
El tokamak WEST tiene un volumen de aproximadamente 15 metros cúbicos, lo que lo convierte en un dispositivo de tamaño medio. Crédito: CEA/C. Roux.
«Lo que estamos tratando de hacer es crear un sol en la Tierra… Y eso es extremadamente desafiante», dijo Luis Delgado-Aparicio, jefe de proyectos avanzados de PPPL, a Business Insider. Aún así, el nuevo récord sugiere que están yendo en la dirección correcta.
El Sol funciona con fusión nuclear: cuando los núcleos atómicos se combinan y liberan energía —no debe confundirse con el proceso de fisión nuclear: cuando los núcleos atómicos se dividen y liberan energía, que alimenta los reactores nucleares actuales—.
La energía de fusión es más poderosa que cualquier forma de energía que tengamos hoy. Si podemos aprovechar ese poder, podría producir casi 4 millones de veces más energía por kilogramo de combustible que los combustibles fósiles. Además, no produce carbono.
Quedan importantes desafíos antes de que eso se convierta en realidad, y ahí es donde entran en juego reactores experimentales como WEST que, si bien no se utilizan para generar fusión para la electricidad que alimenta los hogares, es crucial para la investigación que está sentando las bases para futuros reactores comerciales.
Sentando las bases para ITER
WEST tiene mucho en común con ITER, un reactor cercano que se está construyendo en el sur de Francia, que será el tokamak más grande del mundo capaz de generar plasmas autosostenibles cuando esté terminado. Crear esa mezcla de auto-calentamiento es un paso crucial para aprovechar el poder de la fusión con fines comerciales.
Sin embargo, debido a los costos y contratiempos tecnológicos, no está claro cuándo se terminará ITER. Mientras tanto, otras instalaciones están realizando experimentos para averiguar cómo operar mejor el reactor gigante. Y eso incluye a WEST.
«Los dos reactores son prácticamente vecinos, y los experimentos en WEST son directamente aplicables a ITER», señaló Delgado-Aparicio.
Una imagen del plasma del tokamak WEST. Crédito: Comisión de Energías Alternativas y Energía Atómica de Francia (CEA).
Para que ocurra la fusión en la Tierra, el combustible debe alcanzar al menos 50 millones de grados Celsius. Uno de los principales obstáculos que enfrenta la energía de fusión es que se necesita una tremenda cantidad de energía para generar esas temperaturas extremas, y, hasta ahora, los reactores no pueden mantener un plasma el tiempo suficiente para obtener un excedente de energía que podría destinarse a uso comercial. Hasta aquí, los reactores de fusión suelen consumir más energía de la que producen.
El último avance de WEST no fue una excepción. Aún así, generó un 15 % más de energía de fusión en comparación con intentos anteriores, según informó PPPL en un comunicado. Además, el plasma era el doble de denso, otro componente importante para crear más energía.
La clave del éxito récord: el tungsteno
WEST está ayudando a los científicos a probar los mejores materiales para construir las paredes dentro de un reactor de fusión, lo que no es fácil ya que estos entornos pueden alcanzar temperaturas más de tres veces más altas que el centro del Sol.
Originalmente, WEST contenía paredes de carbono.
«Si bien el carbono es fácil de trabajar, también absorbe tritio, un raro isótopo de hidrógeno que alimenta la reacción de fusión», explicó Delgado-Aparicio. «Imagina que tienes una pared que no es solo una pared, sino que es una especie de esponja, una que absorbe tu combustible».
Tungsteno.
Entonces, en 2012, los científicos decidieron probar un material diferente para las paredes del tokamak: tungsteno (también llamado wolframio), el mismo material que ITER utilizará para algunos de sus componentes principales.
Debido a la capacidad del tungsteno para soportar el calor sin absorber tritio, Delgado-Aparicio cree que es el material ideal para las paredes del tokamak.
Dicho esto, el tungsteno no es perfecto. Uno de sus inconvenientes es que puede derretirse e ingresar al plasma, contaminándolo. A su vez, esto puede contrarrestar el proceso, irradiando mucha energía y enfriando el plasma.
Para optimizar el sistema, los científicos necesitan entender cómo se comporta exactamente el tungsteno e interactúa con el plasma. Eso es lo que están haciendo los investigadores con WEST.
Tullio Barbui, Novimir Pablant y Luis Delgado-Aparicio examinan los resultados del experimento del tokamak WEST. Crédito: DECTRIS.
El equipo en PPPL modificó una herramienta de diagnóstico que utilizaron en este último experimento. La herramienta ayudó al equipo a medir con precisión la temperatura del plasma para comprender mejor cómo el tungsteno migra desde la pared del dispositivo hasta el plasma.
«Podemos detectar cómo se mueve dentro, podemos seguirlo, podemos estudiar su transporte dentro de la máquina», comentó Delgado-Aparicio.
Eso podría ayudar a construir métodos futuros para mantener el plasma libre de impurezas, como gotas de tungsteno que lo enfrían.
«Ahora entendemos cómo debe cuidarse ese enfriamiento. y esa experiencia se exportará al lado de ITER», concluyó el científico.
Pero WEST e ITER no son los únicos reactores que utilizan tungsteno. Commonwealth Fusion Systems (CFS), por ejemplo, está utilizando paredes de tungsteno para SPARC, su reactor de fusión de demostración. Y el KSTAR de Corea tiene un desviador de tungsteno y recientemente demostró un plasma de 100 millones de grados durante 48 segundos.
Si el tungsteno resulta ser la clave para desbloquear la energía de fusión comercial, está por verse.
PPPL dijo que publicará los resultados de su experimento en una revista revisada por pares en unas semanas.
