Este nuevo diseño de reactor podría cumplir la promesa de la fusión nuclear eficiente

Los grandes programas gubernamentales no han dado sus frutos, son las 'start-ups' las que están logrando avances con fondos privados

POR RICHARD MARTIN - TRADUCIDO POR TERESA WOODS

Después de tres décadas de costosas investigaciones financiadas por el Gobierno de EEUU que no han logrado producir avances tangibles, la fusión nuclear ha pasado de ser una prometedora fuente de energía con eficacia ilimitada a algo poco más que un chiste.

Sin embargo, durante el último año esto ha empezado a cambiar. Varias empresas privadas y pequeños grupos de investigadores universitarios que desarrollannovedosos diseños para reactores nucleares han proporcionado resultados prometedores que podrían acortar el plazo de producción de un prototipo de máquina de décadas a un par de años. Aún falta mucho para la generación de energía comercial procedente de la fusión, pero ya se divisa el esquema de este tipo de reactor.

Las tradicionales investigaciones sobre la fusión se han centrado en grandes máquinas con forma de rosquilla llamadas tokamaks, que crean potentes campos magnéticos para comprimir el plasma de alta temperatura – bolas formadas por partículas cargadas que se fusionan para formar helio, liberando grandes cantidades de energía en el proceso. El reto consiste en contener el plasma caliente y mantenerlo estable; los reactores de fusión actuales, como el del proyecto del Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER, por sus siglas en inglés) en el sur de Francia, emplean unas bobinas gigantes de electroimanes que consumen mucha más energía de la que genera la máquina. Los costes de ITER, que combina científicos y financiación procedentes de China, la Unión Europea, la India, Rusia, Japón, Corea del Sur y Estados Unidos, se proyectan en docenas de miles de millones de dólares con la perspectiva de producir un reactor operativo para la década de 2030. Tal vez.

Dos avances recientes, que ofrecen nuevos caminos más rápidos hacia los reactores de fusión generadores de energía, han galvanizado a la comunidad de la fusión. Tri Alpha Energy, radicada en Foothill Ranch, California (EEUU), dijo en agosto que ha conseguido mantener estable al plasma de alta energía durante cinco milisegundos – mucho menos que un parpadeo, pero "media eternidad" a la escala de las reacciones de fusión, según el director de tecnología Michl Binderbauer.

Tri Alpha Energy, dice Binderbauer, está aplicando los principios de los aceleradores de partículas de alta energía, como el Gran Colisionador de Hadrones, a los problemas de los reactores de fusión. Específicamente, el equipo ha construido un dispositivo, de 23 metros de largo, que dispara dos nubes de plasma que forman una anilla de plasma. El campo magnético que mantiene unida la anilla de plasma es generado por el mismo plasma – una técnica conocida como la configuración de campo invertido. El plasma es sostenido por la inyección de partículas de alta energía de los aceleradores.

El reto del diseño de Tri Alpha Energy, según Binderbauer, es "suficientemente caliente, suficiente tiempo" – mantener el plasma estable a suficiente temperatura el tiempo necesario para conseguir la fusión de energía positiva. El experimento reciente indicó que la empresa – que ha atraído millones de dólares en financiación de inversores que incluyen Goldman Sachs y Vulcan Inc., el fondo de inversiones del cofundador de Microsoft Paul Allen – ha resuelto el problema de "suficiente tiempo". Calentar el plasma lo suficiente representa el próximo reto clave. El año que viene, Tri Alpha Energy empezará a construir una versión nueva y más potente de su dispositivo experimental para probar el proceso a temperaturas mayores.

En el Centro de Ciencias de Plasma y Fusión del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, EEUU), un grupo liderado por Dennis Whyte, un profesor de ciencias nucleares e ingeniería y el director del centro, y por el estudiante de postgrado Brandon Sorbom, publicó en julio un diseño conceptual para una máquina llamada el reactor ARC, siglas procedentes de las palabras en inglésaffordable (asequible), robust (robusto) y compact (compacto). La novedad del diseño del ARC es la naturaleza de los electroimanes que confinan el plasma. Mediante el uso de recién desarrolladas cintas flexibles de superconductores hechas de óxido de cobre y bario de tierra rara, el reactor ARC puede formar campos magnéticos con una amplitud mucho mayor – habilitando así un diseño de reactor mucho más pequeño que otras máquinas basadas en el diseño tokamak. Los investigadores también imaginan una "manta líquida" que envuelva el plasma y que absorba neutrones sin dañarlos y proporcione un medio de intercambio de calor para generar energía.

Aumentar la amplitud del campo magnético envolvente eleva la cantidad de energía de fusión producida en el plasma a la cuarta potencia – un aumento dramático que podría dar paso a un prototipo comercial en cuestión de años, según Whyte.

"Es bien conocido que se pueden construir dispositivos muy compactos si se eleva el campo magnético hasta niveles muy altos", explica, "pero los electroimanes tenían que ser de cobre – ningún superconductor podría tolerar ese campo magnético". Ahora el avance de avanzadas cintas de superconductores podría habilitar un reactor compacto que genere la fusión de forma continua.

Publicado en Fusion Engineering and Design, el artículo sobre el reactor ARCremarca que, de momento, se trata sólo de un diseño conceptual. Whyte espera atraer financiación para construir una máquina experimental durante los próximos años. Mientras tanto, un conjunto de empresas privadas que incluyen no sólo a Tri Alpha Energy sino también a Tokamak Energy Ltd., radicada en Inglaterra, yGeneral Fusion, con sede en Vacouver (Canadá), están trabajando en diseños relacionados pero distintos para llevar la fusión a la fase del prototipo (ver Un nuevo método de fusión).

"Nos estamos acercando a las máquinas operativas", afirma Michel Laberge, el fundador y director tecnológico de General Fusion. "Durante muchos años, las investigaciones sobre la fusión eran del dominio de grandes laboratorios gubernamentales que realizaron un trabajo estupendo y asentaron las bases para que la fusión funcione. Pero no existía un gran sentimiento de urgencia".

Ahora ha surgido la urgencia, y estas empresas están probando ideas y enfoques nuevos – y atrayendo las inversiones necesarias para hacerlo. General Fusion recibió recientemente 27 millones de dólares (unos 24 millones de euros) en financiación procedentes de un grupo de inversores liderados por el fondo soberano de Malasia.

"Ahora mismo lo que se está produciendo es un replanteamiento", dice Burton Richter, que ganó el Premio Nobel de la Física en 1976 y es un consejero de Tri Alpha Energy. Recortes presupuestarios durante la década de 1990 obligaron al cierre de los enfoques alternativos fuera del ITER y las Instalaciones Nacionales de Ignición del Departamento de Energía estadounidense. Empresas como Tri Alpha Energy ofrecen un camino hacia la fusión pavimentado no con el dinero de los contribuyentes sino con dinero del sector privado – que al final representa la única manera de realmente conseguir construir algo.

Jonathan Menard, un físico de plasma del Laboratorio de Física de Plasma de la Universidad de Princeton (EEUU), dirige el Experimento Nacional de Toro Esférico, que intenta desarrollar un tokamak con forma de una pelota de playa en lugar de un donut. Menard, cuyo programa completó recientemente una actualización de su máquina experimental de 94 millones de dólares (unos 83 millones de euros), ha seguido de cerca los avances de Tri Alpha Energy y los esfuerzos ARC y cree que estas innovaciones deberían perseguirse más.

Sin embargo, con la cautela de un científico de fusión veterano, advierte de que"mientras no se construya no se puede saber con certeza". (MIT)