La energía de fusión aprovecha la energía emitida en la “fusión” de núcleos atómicos ligeros. Cuando dos partículas de esas características se fusionan, el núcleo resultante es un poco más ligero que la suma de los originales. La diferencia no desaparece, sino que se convierte en energía. Lo asombroso es que esa mínima pérdida de masa se traduce en una inmensa cantidad de energía, de ahí que la conquista de la energía de fusión merezca tanto la pena.
Los estados de la materia son tres: sólido, líquido y gaseoso. Si un gas se somete a temperaturas muy elevadas, se convierte en plasma. En dicho estado, los electrones se separan de los átomos. Cuando un átomo carece de electrones orbitando alrededor del núcleo, se dice que está ionizado y se denomina ion. Así pues, el plasma está compuesto de iones y electrones libres. En este estado, los científicos pueden estimular los iones para que colisionen entre sí, se fusionen y liberen energía.
Mantener estables los plasmas a fin de extraer energía es difícil. Son caóticos, están a una temperatura elevadísima y tienden a sufrir turbulencias y otras inestabilidades. Comprender, modelizar y controlar el plasma es sumamente complejo, pero los investigadores han logrado grandes avances en los últimos decenios.
Los científicos emplean dispositivos de confinamiento magnético para manipular los plasmas. Entre los reactores de fusión de ese tipo, los más comunes son los tokamaks y los estelarators. Hoy en día, son los conceptos más prometedores de cara a futuras centrales de energía de fusión.
Ambos tipos de reactores aprovechan el hecho de que las partículas cargadas reaccionan a las fuerzas magnéticas. Los iones se mantienen confinados en los reactores gracias a unos potentes imanes. Los electrones también están limitados por las fuerzas de los reactores y desempeñan una función en las inmediaciones. Las fuerzas magnéticas hacen girar continuamente las partículas en torno a las cámaras del reactor (en forma de dónut) para evitar que se escapen del plasma.
Mismo desafío, distintas soluciones
Dado que las configuraciones de los estelarators son difíciles de construir, la mayoría de los experimentos de fusión actuales se realizan en tokamaks (acrónimo de una expresión rusa que se traduciría como “cámara toroidal con bobinas magnéticas”). En la actualidad hay en torno a 60 tokamaks y 10 estelarators en funcionamiento.
Ambos tipos de reactor presentan ciertas ventajas. Mientras que los tokamaks mantienen mejor el calor de los plasmas, los estelarators los mantienen más estables. Pese a la prevalencia actual del tokamak, no se descarta que los estelarators lleguen a ser algún día la opción predilecta para una posible planta de energía de fusión.
Los investigadores han progresado mucho en materia de fusión por confinamiento magnético y ahora pueden lograr fácilmente plasmas de temperaturas muy elevadas. Han desarrollado poderosos imanes para manejar los plasmas y materiales innovadores capaces de soportar las difíciles condiciones que se producen en las vasijas del reactor. Los avances experimentales, teóricos, así como de modelización y de simulación, han permitido comprender mejor el comportamiento de los plasmas, y los dispositivos experimentales como el tokamak y el estelarator serán cruciales para demostrar la viabilidad científica y técnica de la producción de energía de fusión.
Cómo funciona un tokamak El campo eléctrico inducido por un transformador conduce una corriente (flechas rojas y grandes) a través de la columna de plasma, lo que genera un campo magnético poloidal que tuerce la corriente de plasma formando un círculo (círculo vertical verde). Con ello se evitan fugas y al hacerlo en una vasija en forma de dónut se crea un vacío. El otro campo magnético que recorre longitudinalmente el dónut recibe el nombre de toroidal (círculo horizontal verde).
La combinación de estos dos campos crea una curva tridimensional, como una hélice (representada en negro), en la que el plasma se encuentra muy confinado. (Imágen: Instituto Max Planck de Física del Plasma, Alemania)
