Una reacción de fusión nuclear estable y sostenida en Corea del Sur demuestra una vez más que la fusión nuclear ya no es un problema de física, sino de ingeniería.
Los investigadores mantuvieron una reacción de fusión nuclear durante 30 segundos a temperaturas de más de 100 millones de grados Celsius. Aunque la duración y la temperatura no son récords en sí mismos, conseguir altas temperaturas y estabilidad simultáneamente nos acerca un poco más a un reactor de fusión viable. Sin embargo, la técnica utilizada aún debe ser ampliada.
La mayoría de los científicos están de acuerdo en que la energía de fusión utilizable está todavía a décadas de distancia, pero hay un progreso constante en la comprensión y los resultados. Un experimento realizado en 2021 produjo una reacción que produjo suficiente energía para ser autosuficiente. También se está trabajando en diseños conceptuales para un reactor comercial, y los trabajos en el gran reactor de fusión experimental ITER en Francia no cesan.
Estable durante 30 segundos
El físico del plasma Yong-Su Na, de la Universidad Nacional de Seúl (Corea del Sur), y sus colegas han conseguido generar una reacción a las altísimas temperaturas necesarias para un reactor viable. También consiguieron mantener estable el plasma caliente y ionizado durante 30 segundos.
Controlar este plasma es vital. Si golpea las paredes del reactor, se enfría rápidamente, extinguiendo la reacción. También daña la pared del reactor.
Los investigadores utilizan diferentes tipos de campos magnéticos para contener el plasma. Un ejemplo es una barrera de transporte de borde (ETB), que da forma al plasma con una transición brusca de presión en la pared del reactor. Esto evita que el calor y el plasma se escapen. Otro enfoque emplea una barrera de transporte interno (ITB) que, en cambio, crea una mayor presión en el centro del plasma. Ambos pueden causar inestabilidad.
Densidad del plasma
El equipo de Na empleó una técnica ITB modificada en las instalaciones de Investigación Avanzada del Tokamak Superconductor de Corea (KSTAR). Al hacerlo, consiguieron una densidad de plasma mucho menor. Este enfoque parece aumentar las temperaturas en el núcleo del plasma, mientras que disminuye las del borde, lo que prolongará la vida útil de los componentes del reactor.
El físico teórico Dominic Power, del Imperial College de Londres, afirma que se puede aumentar la energía producida por un reactor de tres maneras: se puede hacer que el plasma esté muy caliente, aumentar su densidad o aumentar el tiempo que se mantiene confinado.
"Este equipo llega a la conclusión de que la densidad es algo menor que en el enfoque tradicional, lo que no es necesariamente malo porque se compensa con temperaturas más altas en el núcleo del plasma", dice. "Es un resultado emocionante, pero hay una gran incertidumbre sobre la capacidad de nuestra comprensión de la física para escalar a dispositivos más grandes. Un dispositivo como el ITER es mucho más grande que el KSTAR".
Fuego
El investigador Na dice que la baja densidad del plasma fue el avance, y que los iones rápidos y más energéticos en el núcleo del plasma (llamados amplificación rápida regulada por iones, FIRE) son parte integral de la estabilidad. Pero el equipo aún no comprende del todo los mecanismos implicados.
La reacción se detuvo después de 30 segundos debido a las limitaciones del equipo. Deberían ser posibles períodos más largos. El KSTAR se ha apagado para ser actualizado, sustituyendo las piezas de carbono de la pared del reactor por tungsteno, lo que debería mejorar la reproducibilidad de los experimentos.
El físico de la ingeniería Lee Margetts, de la Universidad de Manchester (Reino Unido), afirma que cada vez entendemos mejor la física de los reactores de fusión, pero que aún quedan muchos obstáculos técnicos por superar antes de poder construir una central eléctrica que funcione.
Generación de energía
Parte de ello consiste en desarrollar métodos para extraer el calor del reactor y utilizarlo para generar energía eléctrica. "Eso no es física, es ingeniería", dice. "Piensa en ello como en una central eléctrica de gas o carbón: si no tienes nada para eliminar el calor, el personal pronto dirá: Tenemos que apagarlo porque se está calentando demasiado, pronto el reactor se fundirá. Esa es exactamente la situación aquí".
El físico de la fusión, Brian Appelbe, del Imperial College de Londres, está de acuerdo en que los retos científicos deberían ser alcanzables y que FIRE es un paso adelante, pero también en que la comercialización será difícil.
"El enfoque de la fusión nuclear con confinamiento magnético tiene una larga historia de constante evolución para resolver el siguiente problema", afirma. "Lo que me pone un poco nervioso o me hace dudar son los retos técnicos de construir una central eléctrica económicamente viable".
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