Durante 40 años, el Joint European Torus fue el buque insignia de la investigación europea sobre la fusión. Poco antes de su cierre se supera a sí mismo, lo que ayuda a su sucesor Iter.
Una mirada al recipiente de plasma del Joint European Torus, en el que el combustible se calienta a 150 millones de grados.
Los físicos han dado un paso más en el uso de la fuente de energía solar en la Tierra: en el reactor de investigación Joint European Torus (JET), cerca de Oxford, han establecido un nuevo récord mundial para la generación de energía a partir de fusión nuclear. El reactor mantuvo una reacción de fusión durante 5,2 segundos y produjo 69 megajulios de energía, lo mismo que quemar dos kilogramos de lignito. Con esto, JET superó la oferta. su antiguo récord alrededor de diez megajulios. «Estamos muy contentos con este éxito», afirma Athina Kappatou, del Instituto Max Planck de Física del Plasma de Garching, que participó en el experimento.
El Joint European Torus se cerró en diciembre de 2023 después de cuarenta años de investigación. Representa un intento de traer el fuego del sol a la tierra. Dentro del Sol, los núcleos atómicos de hidrógeno se fusionan para formar helio, liberando enormes cantidades de energía. Un gramo de hidrógeno proporciona tanta energía como diez toneladas de lignito. La perspectiva de una energía prácticamente inagotable ha motivado a los físicos a construir reactores de fusión desde los años cincuenta.
Sin embargo, para ello tienen que crear condiciones extremas similares a las que se dan en el interior del sol. La temperatura allí es de 15 millones de grados y hay una gran presión que es miles de millones de veces mayor que en la superficie terrestre. En los últimos años, los investigadores de la fusión han informado cada vez más sobre nuevos avances, por lo que parece que la generación de energía a partir de energía de fusión pronto podría convertirse en una realidad.
Todavía no se puede hablar de una ganancia neta de energía
Sin embargo, el reactor de investigación JET aún está lejos de lograrlo. No ganó energía neta. Calentar el combustible a 150 millones de grados Celsius requirió aproximadamente tres veces más energía que la que proporcionó la reacción de fusión.
El objetivo no era una ganancia neta de energía, dice Kappatou. “El JET se utiliza para preparar el reactor de investigación más grande, Iter, que se está construyendo actualmente en el sur de Francia”, explica el físico. Sólo este debería tener el equipamiento técnico y el tamaño necesarios para generar más energía de la que consume. El objetivo: diez veces más energía.
«Podemos utilizar lo que aprendemos en JET para Iter», dice Kappatou. Ambos reactores utilizan el llamado proceso de confinamiento magnético. A altas temperaturas, los electrones se separan de sus núcleos atómicos. Este “plasma” eléctricamente conductor se puede mantener suspendido en la cámara del reactor mediante campos magnéticos para que no toque la pared del reactor. La reacción de fusión produce neutrones que transportan la energía generada fuera del plasma. La pared del reactor absorbe la energía y la convierte en calor, que no se utilizará en las centrales eléctricas para generar electricidad hasta 2050 como muy pronto.
«La eliminación controlada del calor es muy importante para proteger la pared del reactor», afirma Kappatou. En el experimento actual, se resolvió un problema importante. El plasma tiende a salir de su jaula magnética. «Estas explosiones de energía pueden dañar la pared del reactor», explica Kappatou. Modificando la forma del campo magnético confinado, los investigadores pudieron reducir en gran medida estas explosiones. Las optimizaciones también condujeron al nuevo récord.
El combustible utilizado por JET también contribuyó: se compone de deuterio y tritio, dos isótopos pesados del hidrógeno. La fusión deuterio-tritio proporciona mucha más energía que la del hidrógeno ligero. También se espera que Iter queme deuterio y tritio a partir de 2035.
Después del último experimento en JET, Kappatou se siente mejor equipado para Iter. Dado que será significativamente más grande y complejo, los investigadores esperan ciertas dificultades, como por ejemplo nuevas explosiones de plasma. “Pero ahora sabemos cómo podemos resolver estos problemas”, afirma el físico. Los conocimientos de JET también redujeron el riesgo de obstáculos imprevistos en el funcionamiento de Iter, afirma Kappatou.
Los retrasos no serían nada nuevo para Iter. La puesta en servicio estaba prevista inicialmente para 2016. Oficialmente, está previsto que las operaciones experimentales comiencen en 2025, pero probablemente mucho más tarde. El proyecto parece estar perdiendo apoyo político debido a los retrasos: en noviembre de 2023, la UE recortó el presupuesto para Iter en el presupuesto de investigación de 2024 en 120 millones de euros.
La fusión láser compite con la fusión magnética
El proceso de confinamiento magnético recientemente tuvo que arrebatarle el protagonismo a otra variante de la fusión nuclear, la llamada fusión láser. Un potente láser dispara pulsos a pequeñas esferas que contienen el combustible de fusión. Luego, las perlas explotan, creando un retroceso que comprime y calienta el hidrógeno hasta tal punto que se inicia una reacción de fusión.
Tipos de reactores para fusión nuclear
En 2022, el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) de California logró por primera vez una ganancia neta de energía: los núcleos atómicos fusionados liberaron más energía de la que el láser había transferido previamente a la esfera. Sin embargo, la fusión por láser aún no es adecuada para centrales eléctricas, ya que todo el sistema láser utiliza alrededor de 200 veces la energía de fusión obtenida para el disparo. Además, una sola perla libera sólo unos tres megajulios de energía de fusión. Una futura central eléctrica tendría que disparar muchos pulsos a muchas perlas en rápida sucesión. Esto requiere una tecnología láser más moderna que la de LLNL.
Varias startups de todo el mundo están trabajando para solucionar estos problemas. La startup germano-estadounidense Focused Energy, por ejemplo, quiere desarrollar una central eléctrica de fusión láser de aquí a 2040.
Otras startups están trabajando en el proceso de confinamiento magnético. Gracias a una mayor flexibilidad tecnológica, podrían superar grandes proyectos como Iter. Por ejemplo, la startup estadounidense Commonwealth Fusion quiere crear un confinamiento magnético con superconductores modernos de alta temperatura, más pequeños y más fáciles de manejar que los superconductores del Iter. La compañía quiere poner en funcionamiento su primera planta de energía de fusión a principios de la década de 2030.
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