Apenas se habla de ellos y se postulan los reactores ‘stellarator’ como destino final de la fusión nuclear

En el camino hacia la fusión nuclear por confinamiento magnético hay vida más allá de los reactores tipo tokamak. ITER es una de ellas, por eso llevan muchos años en el punto de mira, pero no son ni mucho menos la única opción en la que trabajan los investigadores para continuar desarrollando esta tecnología.

Los reactores tipo Stellarator representan una alternativa muy sólida a los tokamaks. Y no son precisamente el resultado de investigaciones recientes. De hecho, ambos proyectos fueron concebidos durante la década de 1950 el último siglo. El stellarator fue diseñado por el físico estadounidense Lyman Spitzer y sirvió como base sobre la cual se construyó el Laboratorio de Física de Plasma de la Universidad de Princeton.

El proyecto tokamak, sin embargo, fue concebido por los físicos soviéticos Igor Yevgenievich Tamm y Andrei Dmitrievich Sakharov, basándose en ideas propuestas unos años antes por su colega Oleg Lavrentiev. Ambos reactores fueron concebidos con el objetivo de confinar en su interior plasma de muy alta temperatura y, curiosamente, durante los años 50 y 60 se desarrolló el proyecto stellarator recibió un gran apoyo por la comunidad científica occidental debido a su enorme potencial.

Sin embargo, cuando los científicos soviéticos y estadounidenses publicaron sus resultados y los compararon, se dieron cuenta de que el rendimiento del proyecto tokamak era un orden o dos de magnitud mejor que el del stellarator. A partir de ese momento este último diseño fue en gran parte marginado. La diferencia más obvia entre uno y otro está en su geometría, pero solo se necesita profundizar un poco en los dos para darse cuenta de que los reactores stellarator todavía tienen mucho que decir.

El futuro de la fusión magnética a largo plazo pasará por el ‘stellarator’

No decimos. Esto lo cree firmemente Carlos Alejaldre, una autoridad internacionalmente respetada en fusión nuclear. El pasado mes de abril tuve la oportunidad de hablar extensamente con este físico español en su despacho del CIEMAT (en ese momento era director general de esta institución), y, precisamente, uno de los temas que abordamos tuvo como protagonistas a un reactores tipo estrella.

Carlos Alejaldre los conoce muy bien. De hecho, mientras preparaba su tesis doctoral en Estados Unidos, investigó el confinamiento inercial y amplió sus conocimientos sobre el diseño de estelares. Conocía tan bien este tipo de reactores que, a su regreso a España, lideró el grupo de trabajo del CIEMAT encargado del diseño y construcción del reactor de fusión nuclear. del tipo estrella TJ-II.

Esta máquina realizó las primeras pruebas de plasma en 1997, y aún hoy Sigue corriendo en las instalaciones del Laboratorio Nacional de Fusión en Madrid. Y está en gran forma. Tuve la oportunidad de ver este reactor experimental en acción, y es una experiencia que cualquier persona interesada en esta disciplina científica no olvida fácilmente. Lo podemos ver precisamente en la imagen de portada de este artículo.

La industria española recibirá gran parte de los 100 millones de euros del proyecto de calefacción por plasma ITER

Como mencioné unas líneas más arriba, Carlos Alejaldre es un experto en geometría de estelares, por lo que vale la pena recuperar algunas de las ideas que compartió conmigo durante nuestra conversación para comprenderlo mejor. que trae este dibujo contra el tokamak más popular. Para abrirnos el apetito y darnos un poco de contexto, Carlos explica en qué circunstancias nacieron los diseños de tokamak y stellarator y dónde se encuentra actualmente este último:

Estas dos concepciones surgieron casi al mismo tiempo (el tokamak en la Unión Soviética y el stellarator en los Estados Unidos), y cuando se demostró que la fusión nuclear por confinamiento magnético no tiene nada que ver con las aplicaciones militares de la energía nuclear, todo el mundo publicó Sus resultados.

En ese momento, se descubrió que los resultados del tokamak del Instituto Kurchatov eran uno o dos órdenes de magnitud mejores que los del stellarator de la Universidad de Princeton. A partir de entonces, todo el mundo recurrió a los reactores tokamak, y el stellarator quedó un poco al margen. Solo hay un esfuerzo residual en los Estados Unidos, Alemania todavía está trabajando en eso, Japón lo está manteniendo y Rusia, hasta cierto punto, también está trabajando un poco en eso.

tokamak

La geometría de un reactor ‘tokamak’ es esencialmente idéntica a la de un donut. Este es el interior del reactor experimental DIII-D operado por General Atomics en San Diego, EE. UU.

Si observamos la geometría de ambos diseños, podemos ver que los reactores tokamak tienen forma de dona, mientras que los estelaradores adquieren una estructura más compleja que se asemeja a una dona retorcida sobre sí misma. Sin embargo, esta no es de ninguna manera la única diferencia relevante entre los dos reactores. Carlos pone el foco en lo realmente importante:

La diferencia fundamental entre los dos diseños es que en tokamak necesitas generar los campos magnéticos por un lado con bobinas y por otro lado es inducido por el propio plasma. La ventaja de esta estrategia es que el reactor no es tan sensible a los defectos de construcción porque el propio plasma es capaz de ‘acomodarse’.

Sin embargo, en los reactores tipo stellarator todo se hace a través de la ingeniería. Todo se hace con bobinas. No hay corriente dentro del plasma. Si comete errores y construye mal, su plasma no está confinado.

estelarador

En esta recreación de la geometría del reactor tipo stellarator Wendelstein 7-X alemán podemos ver la forma de las bobinas (en azul) que se encargan del confinamiento del plasma (en amarillo).

La mayor complejidad inherente al diseño del stellarator lo hizo más desafiante que el confinamiento magnético del plasma dentro de la cámara de vacío de un reactor tokamak. Es por eso que durante las últimas décadas, como nos explicó Carlos, los estelaristas han sido marginados. Sin embargo, este diseño permanece extraordinariamente prometedor:

Honestamente, creo que el futuro a largo plazo de la fusión magnética pasará por el stellarator en lugar del tokamak, porque resuelve de manera efectiva la interrupción que ocurre cuando los campos magnéticos en este último están desequilibrados.

Imágenes: CIEMAT | rswilcox | Instituto Max Planck

#habló #stellarator #reactores #postulado #final #destino #nuclear #fusion

Leave a Reply

Your email address will not be published.