El reactor de fusión nuclear de China, denominado “sol artificial”, ha superado un importante límite de fusión al disparar plasma más allá de su rango operativo habitual, impulsando el lento progreso de la humanidad hacia una energía limpia casi ilimitada. El Tokamak Superconductor Avanzado Experimental (EAST) mantuvo estable el plasma —el cuarto estado de la materia de alta energía— en densidades extremas, lo que anteriormente se consideraba un obstáculo importante en el desarrollo de la fusión nuclear, según un comunicado publicado por la Academia de Ciencias de China.
“Los hallazgos sugieren una vía práctica y escalable para ampliar los límites de densidad en tokamaks y dispositivos de fusión de plasma ardiente de próxima generación”, dijo en el comunicado el coautor principal del estudio, Ping Zhu, profesor de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China.
La fusión nuclear ofrece un potencial de energía limpia casi ilimitado. En otras palabras, energía sin grandes residuos nucleares ni emisiones de gases de efecto invernadero que contribuyen al calentamiento global,liberadas por la quema de combustibles fósiles. Los nuevos hallazgos, publicados el 1 de enero en la revista Science Advances, podrían acercar a nuestra especie a descubrir esta fuente de energía, que algunos investigadores afirman que podríamos aprovechar en unas décadas.
Sin embargo, la tecnología de fusión nuclear lleva más de 70 años en desarrollo y sigue siendo una ciencia en gran medida experimental, ya que los reactores suelen consumir más energía de la que pueden producir. Mientras tanto, los científicos del clima exigen recortes drásticos en las emisiones de gases de efecto invernadero, ya que los impactos del cambio climático ya se sienten en todo el mundo. Por lo tanto, es poco probable que la fusión nuclear represente una solución práctica a la crisis climática actual, pero podría abastecer de energía a nuestro planeta en el futuro.
Los reactores de fusión están diseñados para fusionar dos átomos ligeros en un solo átomo pesado mediante calor y presión. De esta forma, generan energía de forma similar a la del Sol. Sin embargo, el Sol tiene mucha más presión que los reactores terrestres, por lo que los científicos la compensan acumulando plasma caliente a temperaturas mucho más altas que las del Sol.
El reactor EAST de China es un reactor de confinamiento magnético, o tokamak, diseñado para mantener el plasma en combustión continua durante periodos prolongados. El reactor calienta el plasma y lo atrapa dentro de una cámara con forma de rosquilla mediante potentes campos magnéticos. Los reactores Tokamak aún no han logrado la ignición por fusión, punto en el que el proceso de fusión se vuelve autosostenible, pero el reactor EAST ha aumentado el tiempo que puede mantener un ciclo de plasma estable y altamente confinado.
Un obstáculo para los investigadores de la fusión es un límite de densidad llamado Límite de Greenwald, más allá del cual el plasma suele volverse inestable. Este límite es problemático porque, si bien las densidades de plasma más altas permiten que más átomos choquen entre sí, reduciendo así el coste energético de la ignición, la inestabilidad también frena la reacción de fusión.
Para superar el límite de Greenwald, los científicos de EAST gestionaron cuidadosamente la interacción del plasma con las paredes del reactor controlando dos parámetros clave al arrancar el reactor: la presión inicial del gas combustible y el calentamiento por resonancia ciclotrónica electrónica (RCE), o la frecuencia a la que los electrones del plasma absorbían las microondas. Esto mantuvo el plasma estable a densidades extremas de 1,3 a 1,65 veces superiores al límite de Greenwald, mucho más altas que el rango operativo habitual del tokamak de 0,8 a 1, según el estudio.
Esta no es la primera vez que se supera el límite de Greenwald. Por ejemplo, el tokamak de la Instalación Nacional de Fusión DIII-D del Departamento de Energía de EE. UU. en San Diego lo superó en 2022, y en 2024, investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison en Wisconsin anunciaron que habían mantenido un plasma de tokamak estable a unas 10 veces el límite de Greenwald mediante un dispositivo experimental.
Sin embargo, la brecha en EAST permitió a los investigadores calentar el plasma por primera vez a un estado previamente teorizado, denominado “régimen descentralizado”, donde el plasma se mantiene estable a medida que aumenta la densidad. La investigación se basa en la teoría de autoorganización de la pared del plasma (PWSO), que propone que un régimen descentralizado podría ser posible cuando la interacción entre el plasma y las paredes del reactor se encuentra en un estado cuidadosamente equilibrado, según el comunicado.
Los avances logrados en EAST y en EE. UU. orientarán el desarrollo de nuevos reactores. China y EE. UU. forman parte del programa del Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER), una colaboración entre decenas de países para construir el tokamak más grande del mundo en Francia.
El ITER será otro reactor experimental diseñado para generar fusión sostenida con fines de investigación, pero podría allanar el camino para las centrales eléctricas de fusión. Se espera que el reactor ITER comience a producir reacciones de fusión a gran escala en 2039.
Fuente: Live Science.
