Récord mundial en fusión nuclear: el reactor alemán Wendelstein 7-X ha batido todos los registros

En el terreno de la fusión nuclear ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), el reactor experimental que un consorcio internacional liderado por Europa está construyendo en la localidad francesa de Cadarache, acapara todas las miradas. Sin embargo, en el Viejo Continente tenemos otras máquinas de energía de fusión que también son muy importantes. El reactor experimental Wendelstein 7-X, que está instalado en uno de los edificios que tiene el Instituto Max Planck para la Física del Plasma en Greifswald (Alemania), es una de ellas.

Su propósito es contribuir al desarrollo de las tecnologías involucradas en la puesta a punto de los reactores de fusión nuclear mediante confinamiento magnético, pero su fórmula es diferente a la que proponen ITER o JET. De hecho, el reactor Wendelstein 7-X es un diseño de tipo stellarator. La diferencia más evidente que existe entre los reactores tokamak y los stellarator reside en su geometría. Los primeros tienen forman de toroide (o dónut), y los segundos tienen una geometría más compleja que los asemeja a una rosquilla retorcida sobre sí misma.

No obstante, la diferencia fundamental que existe entre estos dos diseños consiste en que los reactores tokamak requieren que los campos magnéticos que confinan el plasma sean generados por bobinas e inducidos por el propio plasma, mientras que en los reactores stellarator todo se hace con bobinas. No hay corriente dentro del plasma. Esto significa, en definitiva, que estos últimos son más complejos y difíciles de construir. Afortunadamente, el experimento Wendelstein 7-X ya está entregando resultados extraordinariamente prometedores.

Récord mundial en plasma de larga duración

Las primeras pruebas llevadas a cabo en este reactor de fusión entre 2015 y 2018 salieron como estaba previsto, por lo que en noviembre de este último año llegó un momento importante en su itinerario: era necesario modificarlo para instalar un sistema de refrigeración por agua que fuese capaz de evacuar con más eficacia la energía térmica residual de las paredes de la cámara de vacío, así como un sistema que permitiese al plasma alcanzar una temperatura más alta. Los trabajos que requerían estas modificaciones concluyeron con éxito en agosto de 2022.

Cuando los científicos introducen modificaciones tan importantes en un experimento tan complejo se ven obligados a revisarlo todo obsesivamente antes de poner en marcha de nuevo la máquina para cerciorarse de que todo irá correctamente. Afortunadamente todo salió bien y en febrero de 2023 el reactor Wendelstein 7-X alcanzó un hito importante: logró confinar y estabilizar el plasma durante 8 minutos ininterrumpidos en los que el reactor entregó una energía total de 1,3 gigajulios. Pero no era suficiente. Ahora tocaba someter esta máquina a una nueva fase de mantenimiento y renovación con el propósito de ir aún más allá.

Un año después el reactor volvió a estar preparado para llevar a cabo nuevos experimentos, y ahora cuenta con mejoras significativas. Los técnicos que han trabajado en él durante los últimos meses han optimizado los sistemas de control y de adquisición de datos, han mejorado el sistema de calentamiento del plasma y han implementado cerca de 50 tests de diagnóstico adicionales. De todas estas mejoras la más relevante es el sistema de calentamiento debido a que ahora es capaz de generar más de 1 megavatio de potencia en el plasma gracias a la aplicación de microondas. Esta tecnología se conoce como sistema de calentamiento por resonancia ciclotrónica electrónica (ECRH o Electron Cyclotron Resonance Heating en inglés).

Los primeros resultados no han tardado en llegar. Y es que el pasado 22 de mayo este reactor alemán registró un récord mundial al sostener la reacción de fusión mediante un plasma de alto rendimiento durante 43 segundos. Hasta la fecha ninguna otra máquina de fusión ha prolongado tanto en el tiempo el producto triple en descargas de plasma de larga duración. Entender qué es el producto triple no es difícil (también se conoce como criterio de Lawson). De hecho, no es más que una métrica que evalúa la densidad del partículas del plasma, su temperatura y el tiempo que dura el confinamiento magnético con el propósito de medir el rendimiento de la reacción de fusión.

Esta estrategia es fundamental porque permite a los ingenieros determinar si el reactor de fusión ha superado el umbral que le permite generar más energía de la que ha sido necesario emplear para calentar el plasma. Una vez que se ha alcanzado este punto el balance energético se vuelve positivo y la reacción de fusión se puede sostener a lo largo del tiempo sin necesidad de invertir energía en el sistema de calentamiento de forma continua. Este hito no habría sido posible sin la intervención del nuevo inyector de paquetes de hidrógeno congelado desarrollado por el Laboratorio Nacional Oak Ridge (EEUU). No obstante, hay algo más que merece la pena que no pasemos por alto: durante la campaña que acaba de terminar el reactor ha entregado 1,8 gigajulios de energía, por lo que ha superado claramente los 1,3 gigajulios que alcanzó en febrero de 2023.

Imagen | MPI for Plasma Physics, Jan Hosan

Más información | EUROfusion

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