En un mundo que lucha por romper su adicción a los combustibles fósiles y satisfacer su creciente apetito energético, hay una tecnología en desarrollo que casi parece demasiado buena para ser verdad: la fusión nuclear.
Si funciona, la energía de fusión ofrece enormes cantidades de energía limpia, con una fuente de combustible casi ilimitada y prácticamente cero emisiones de carbono. Eso, si funciona. Pero hay equipos de investigadores en todo el mundo y se están gastando miles de millones de dólares para asegurarse de que así sea.
En febrero del año pasado comenzó un nuevo capítulo en la investigación de la energía de fusión con la inauguración oficial del Wendelstein 7-X. Se trata de un reactor de fusión experimental de 1.000 millones de euros (1.400 millones de dólares australianos), construido en Greifswald, Alemania, para probar un diseño de reactor llamado stellarator.
Está previsto que hacia 2021 pueda funcionar durante un máximo de 30 minutos, lo que sería un récord para un reactor de fusión. Este es un paso importante hacia la demostración de una característica esencial de una futura central de fusión: el funcionamiento continuo.
Pero el W-7X no es el único proyecto de fusión en marcha. En el sur de Francia se está construyendo ITER, un reactor de fusión experimental de 20.000 millones de dólares estadounidenses (26.700 millones de dólares australianos) que utiliza un diseño diferente llamado tokamak. Sin embargo, aunque el W-7X y el ITER emplean diseños distintos, los dos proyectos se complementan, y es probable que las innovaciones de uno contribuyan a una futura central de energía de fusión nuclear operativa.
Giros y vueltas
La energía de fusión busca replicar la reacción que alimenta nuestro Sol, en la que se fusionan dos átomos muy ligeros, como los de hidrógeno o helio. El átomo resultante acaba siendo ligeramente más ligero que los dos átomos originales, y la diferencia de masa se convierte en energía según la fórmula de Einstein E=mc².
La dificultad está en lograr que los dos átomos se fusionen, para lo cual hay que calentarlos a millones de grados Celsius. Contener un combustible tan sobrecalentado no es tarea fácil, así que se transforma en un gas ionizado caliente —un plasma— que puede confinarse en un campo magnético para que no toque el interior del reactor.
Lo que hace especialmente interesante al W-7X es su diseño de stellarator. Está compuesto por una cámara de vacío integrada en una botella magnética creada por un sistema de 70 bobinas de imanes superconductores. Estas generan un potente campo magnético que confina el plasma caliente.
Los stellarators y los tokamaks son dos tipos de dispositivos toroidales (con forma de rosquilla) de confinamiento magnético que se están investigando para la energía de fusión. En estos experimentos, un intenso campo magnético toroidal (o anular) crea una botella magnética para confinar el plasma.
Sin embargo, para que el plasma quede bien confinado en la cámara con forma de rosquilla, el campo magnético debe tener una torsión. En un tokamak, como el reactor ITER, una gran corriente fluye por el plasma para generar la trayectoria helicoidal necesaria. Sin embargo, la gran corriente puede provocar inestabilidades de «kink» (deformación), que pueden hacer que el plasma se desestabilice.
Si el plasma se desestabiliza, hay que inundar el reactor con gas para apagarlo y evitar que dañe el experimento.
En un stellarator, la torsión del campo magnético se obtiene retorciendo toda la máquina. Esto elimina la gran corriente toroidal y hace que el plasma sea intrínsecamente más estable. El costo radica en la complejidad de ingeniería de las bobinas de campo y en un menor confinamiento, lo que significa que el plasma se mantiene con menos facilidad dentro de la burbuja magnética.
Unir fuerzas
Aunque el W7-X y el ITER utilizan enfoques diferentes, la mayor parte de la tecnología subyacente es idéntica. Ambos son máquinas toroidales superconductoras y utilizan sistemas de calentamiento externos, como radiofrecuencia e inyección de haces neutros, para calentar el plasma; además, comparten gran parte de la tecnología de diagnóstico del plasma.
En una central eléctrica, los isótopos pesados del hidrógeno (deuterio y tritio) se fusionan para formar helio y un neutrón energético. Mientras el helio queda confinado en el plasma, el neutrón, que tiene carga eléctrica neutra, sale disparado hacia el «manto» que rodea el plasma. Esto lo calienta y, a su vez, acciona una turbina de vapor que genera electricidad.
Una característica común de la energía de fusión es la necesidad de desarrollar materiales capaces de soportar el intenso calor y los neutrones rápidos generados por la reacción de fusión. Sea cual sea el diseño, la primera pared de un reactor de fusión debe resistir un bombardeo masivo de partículas de alta energía durante toda su vida útil.
En esta etapa, es demasiado pronto para saber si el diseño tokamak del ITER o el stellarator del W-7X será más adecuado para una central comercial de fusión. Pero el inicio de las operaciones de investigación del W-7X no solo ayudará a decidir qué tecnología conviene impulsar, sino que también aportará conocimientos valiosos a futuros experimentos de fusión y, quizá algún día, dará lugar a una auténtica revolución energética.
