Las mejoras al reactor de fusión del ‘Sol artificial’ de Corea han producido otro resultado récord, con nuevos componentes capaces de resistir mejor temperaturas abrasadoras y sostener una bola giratoria de plasma a 100 millones de grados durante casi 50 segundos.
Es un salto de cerca de 20 segundos con respecto al reactor superconductor de investigación avanzada Tokamak de Corea (KSTAR), que ha estado rompiendo sus propios récords en los últimos años en cuanto a cuánto tiempo puede generar y contener plasma increíblemente caliente en su casco en forma de rosquilla.
A 100 millones de grados Celsius, los isótopos pesados de hidrógeno en el plasma (una nube caliente de gas ionizado) se ven obligados a fusionarse, liberando energía de una manera similar a lo que sucede en el núcleo del Sol. Sin embargo, el desafío de la fusión nuclear, que promete una energía más limpia y casi ilimitada, es contener este bucle retorcido de plasma mediante campos magnéticos.
El último resultado de KSTAR es impresionante porque enfrenta algunos desafíos clave en el camino hacia la energía de fusión, aunque otros reactores de fusión en la misma clase de tecnología han superado aún más los límites.
Al probar los nuevos componentes, KSTAR está allanando el camino para el Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER), que podría ser el reactor de fusión tokamak más grande del mundo si puede superar los problemas presupuestarios y los obstáculos técnicos.
El nuevo récord de KSTAR, anunciado por el Instituto Coreano de Energía de Fusión (KFE), se debe a las mejoras realizadas en 2023 en el desviador del reactor, un componente que maneja las temperaturas más altas dentro del reactor mientras canaliza los productos de desecho.
El desviador de KSTAR ahora está hecho de tungsteno, que tiene un punto de fusión muy alto pero no absorbe el combustible de plasma como una esponja ni reacciona con él como lo harían los desviadores anteriores a base de carbono.
La instalación de los nuevos desviadores se completó el año pasado, lo que ayudó a extender el tiempo récord de fusión de KSTAR a 48 segundos en su último funcionamiento de 3 meses, en comparación con medio minuto en 2021.
“A pesar de ser el primer experimento realizado en el entorno de los nuevos desviadores de tungsteno, las pruebas exhaustivas del hardware y la preparación de la campaña nos permitieron lograr resultados que superaron los registros anteriores de KSTAR en un corto período“, Si-Woo Yoon, director del Centro de Investigación KSTAR, explicó en un comunicado.
Sin embargo, había que demostrar el rendimiento del desviador a temperaturas siete veces superiores a las del Sol; De ninguna manera era algo seguro.
Los investigadores de KFE esperaban que funcionara de manera muy similar a un desviador a base de carbono, pero existía el riesgo de que el tungsteno se rompiera o de que la nueva configuración no generara plasma. No sólo había cambiado el material del desviador, sino también su forma.
“Al comienzo de la prueba, la temperatura de la pared interior del tokamak no aumentó bien“, dice el físico Hyunseok Kim de KFE, pero los investigadores pudieron adaptarse rápidamente a las nuevas condiciones operativas para disputar el plasma con campos magnéticos.
El desviador de tungsteno tampoco fue la única actualización que ayudó a mejorar el rendimiento de KSTAR. Los investigadores de KFE, que colaboraron con el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton del Departamento de Energía de EE. UU. y escribieron en Nature Communications en febrero, describieron cómo encontraron una manera de estabilizar las debilidades en el borde del plasma causadas por defectos minúsculos en las bobinas magnéticas que mantienen el plasma en lugar.
La mejora condujo a un segundo hito: contener plasma en un estado altamente eficiente llamado alto confinamiento o “modo H” durante 102 segundos. Los intentos anteriores se limitaron a unos pocos segundos antes de que el rendimiento cayera drásticamente.
Idealmente, una central de energía de fusión en pleno funcionamiento funcionaría a temperaturas críticas en modo H durante períodos lo suficientemente largos como para generar una fuente sostenible de energía. Estos logros representan un paso monumental hacia este objetivo.
Hyeon-seon Han, físico de plasma del equipo de investigación de escenarios de alto rendimiento de KFE, dice que el equipo está revisando actualmente este último lote de datos experimentales, que se incorporarán a los preparativos del ITER, reunirán sus resultados para su publicación y planificarán su próxima campaña.
Han espera que pronto puedan superar la marca de los 50 segundos en su camino hacia el objetivo final del proyecto de lograr 300 segundos de funcionamiento con plasma con temperaturas superiores a los 100 millones de grados para finales de 2026.
Eso es seis veces más que el récord actual de KSTAR, y todavía menos minutos que el reactor Tokamak Superconductor Experimental Avanzado (EAST) de China, que en abril del año pasado podía generar y sostener plasma durante casi siete minutos.
Pero se necesitan enormes cantidades de energía para encender los reactores de fusión y generar reacciones de plasma incluso durante unos pocos segundos, por lo que todavía faltan varias décadas para que puedan generar abundante energía limpia.
