Apenas se habla de ellos y los reactores ‘stellarator’ se postulan como el destino final de la fusion nuclear
En el camino hacia la fusión nuclear vía confinamiento magnético hay vida más allá de los reactores de tipo tokamak. ITER es uno de ellos, son el centro de atención desde hace muchos años, pero no son la única opción en la que trabajan los investigadores para continuar desarrollando esta tecnología.
Los reactores de tipo estelarador representan una alternativa muy solida a los tokamak. Y no son precisamente el resultado de una investigación reciente. De hecho, ambos diseños fueron ideados durante la década de los 50 del siglo pasado. El estelarador Fue diseñado por el físico estadounidense Lyman Spitzer y se utilizó como base del laboratorio de física de plasma de la Universidad de Princeton.
El diseño tokamak, sin embargo, fue ideado por los físicos soviéticos Ígor Yevguénievich Tamm y Andréi Dmítrievich Sájarov a partir de las ideas propuestas pocos años antes por su colega Oleg Lavrentiev. Ambos reactores fueron concebidos con el propósito de confinar su plasma interior a alta temperatura y, curiosamente, durante los años 50 y 60, el diseño estelarador recibió un gran apoyo por parte de la comunidad científica en occidente deboto a su enorme potencial.
Sin embargo, cuando los científicos soviéticos y estudiantes publicaron sus resultados y los compararon se dieron de que el desempeño del designo tokamak fue uno o dos órdenes de magnitud mejor que el estelarador. A partir de ese momento este ultimo diseño quedó en gran medida marginado. La diferencia más evidente entre uno y otro reside en su geometría, pero basta con echar un vistazo a ambos para ver cuáles son los reactores. estelarador aún tienen mucho que decir.
El futuro a largo plazo de la fusión magnética pasará por el ‘stellarator’
No lo decimos nosotros. Lo cree firme Carlos Alejaldre, una autoridad en fusión nuclear muy respetada internacionalmente. A finales del pasado mes de abril tuve la oportunidad de conversar largo y tendido con este físico español en su despacho del CIEMAT (en ese momento me desempeñaba como director general de esta institución), y, precisamente, uno de los temas que abordamos fue el tema principal un los reactores de tipo estelarador.
Carlos Alejandro los conoce muy bien. De hecho, durante la elaboración de su tesis doctoral en Estados Unidos, indagó sobre el confinamiento inercial y amplió sus conocimientos sobre diseño. estelarador. Llegó a conocer 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 esos tipos estelarador TJ-II.
Esta máquina realizó las primeras pruebas con plasma en 1997, y aún hoy sigue en funcionamiento en las instalaciones del Laboratorio Nacional de Fusión, en Madrid. Y se mantiene en plena forma. He tenido la oportunidad de ver en acción este reactor experimental, y es una experiencia que cualquier persona interesada en esta disciplina científica no olvida facilimento. Podemos verlo, precisamente en la imagen de portada de este artículo.
Como mencionó anteriormente, Carlos Alejaldre es un experto en geometría. estelaradorpor lo que merece la pena que recupere algunas de las ideas que compartimos conmigo durante nuestra conversación para entender un poco mejor que aporta este diseño frente al mas popular tokamak. Para ir abriendo la boca y darnos un poco de contexto Carlos nos explica en qué circunstancias nacieron los diseños tokamak y estelaradory en que posicion se encuentra este ultimo actualmente:
Estas dos concepciones surgieron prácticamente al mismo tiempo (el tokamak en la Unión Soviética y el estelarador en Estados Unidos), y cuando se comprobó que la fusión nuclear por confinamiento magnético no tiene relación con las aplicaciones militares de la energía nuclear, el mundo entero publicó sus resultados.
En ese momento se comprobó que los resultados del tokamak del Instituto Kurchátov eran uno o dos órdenes de magnitud mejores que los del estelarador de la Universidad de Princeton. A partir de ese momento todo el mundo se volcó en los reactores tokamaky etc estelarador Quedó un poco marginado. Sólo hay un esfuerzo residual en Estados Unidos, Alemania sigue trabajando en él, Japón lo mantiene y Rusia hasta cierto punto también trabaja un poco en él.
La geometría de un reactor ‘tokamak’ es esencialmente idéntica a la de un donut. Así es el interior del reactor experimental DIII-D administrado por General Atomics en San Diego (Estados Unidos).
Si observamos la geometría de ambos diseños nos daremos cuenta de que los reactores tokamak tienen forma de donut, mientras que los estelarador el adquirente una estructura más compleja que los asemeja a una rosquilla retorcida sobre sí misma. No obstante, esta no es en absoluto la única diferencia relevante entre ambos reactores. Carlos pone el foco en lo realmente importante:
La diferencia fundamental entre ambos diseños consiste en que en el tokamak necesita generar los campos magnéticos por un lado con bobinas, y por otro lado lo induce el propio plasma. La ventaja de esta estrategia es que el reactor no es sensible a los defectos de construcción porque el propio plasma es capaz de ‘acomodarse’.
Sin embargo, en los reactores de tipo estelarador todo se hace mediar ingenieria. Todo se hace con bolillos. No hay corriente dentro del plasma. Si te equivocas y contruges mal, tu plasma no se confina.
En esta recreación de la geometría del reactor alemán tipo ‘stellarator’ Wendelstein 7-X podemos ver la forma de las bobinas (de color azul) que se encargan del confinamiento del plasma (de color amarillo).
La complejidad inherente del diseño. estelarador ha provocado que plantee más desafíos que el confinamiento magnético del plasma en el interior de la cámara vacío de un reactor tokamak. Esta es la razón por la que durante las últimas décadas, como nos ha explicado Carlos, los estelarador quedó marginado. Sin embargo, este diseño sigue siendo extraordinariamente prometedor:
Sinceramente, creo que el futuro de la fusión magnética a largo plazo pasará estelaradory no por el tokamakporque resuelve con eficacia la disrupción que se produce cuando se desequilibran los campos magnéticos en este último.
Imágenes: CIEMAT | Rswilcox | Instituto Max Planck