Si queremos depender de la fusión nuclear para alimentar los hogares del mundo, el primer paso es fabricar reactores que puedan funcionar a la mayor temperatura y durante el mayor tiempo posible.
Ahora, un reactor experimental llamado KSTAR en Daejeon, Corea, ha establecido un nuevo récord mundial.
El enorme dispositivo con forma de rosquilla, que ha sido apodado «el sol artificial de Corea», funcionó a 100 millones de grados C (180 millones de grados F) durante 48 segundos.
Para ponerlo en perspectiva, ¡es siete veces más caliente que el núcleo del sol!
La prueba récord nos acerca un paso más al objetivo final de energía limpia ilimitada.
Cómo funciona la fusión nuclear: este gráfico muestra el interior de un reactor de fusión nuclear y explica el proceso mediante el cual se produce energía. En su corazón está el tokamak, un dispositivo que utiliza un potente campo magnético para confinar los isótopos de hidrógeno en una forma esférica, similar al corazón de una manzana, mientras se calientan mediante microondas hasta convertirlos en plasma para producir fusión.
Los ingenieros de Corea del Sur han superado los límites de la fusión nuclear al establecer un nuevo récord en el mantenimiento del plasma. El plasma es uno de los cuatro estados de la materia (los otros son líquido, gaseoso y sólido), siendo ejemplos el rayo y el sol.
Los reactores de fusión nuclear de todo el mundo están en una carrera para operar a temperaturas más altas y durante más tiempo, para extraer la mayor cantidad de energía posible del proceso de fusión.
Funcionan haciendo colisionar átomos de hidrógeno pesados para formar helio, liberando grandes cantidades de energía, imitando el proceso que ocurre naturalmente en el centro de estrellas como nuestro sol.
KSTAR ya estableció un récord en 2021 de 100 millones de grados durante 30 segundos, pero ahora lo ha superado.
El reactor de fusión nuclear del 'sol artificial' de su rival China funcionó durante más de 17 minutos, pero a una temperatura más baja: 126 millones de °F (70 millones de °C).
Los expertos coreanos lograron la hazaña entre diciembre de 2023 y febrero de 2024 utilizando tungsteno en lugar de carbono en sus desviadores.
Estos desviadores extraen impurezas de la reacción de fusión mientras soportan temperaturas increíblemente altas, en gran parte gracias a que el tungsteno tiene el punto de fusión más alto de todos los metales.
«Las pruebas exhaustivas del hardware y la preparación de la campaña nos permitieron lograr resultados que superaron los registros anteriores de KSTAR en un corto período», afirmó el Dr. Si-Woo Yoon, director del Centro de Investigación KSTAR.
Al igual que otros reactores de fusión, KSTAR es un 'tokamak', un tipo de cámara con forma de rosquilla que crea energía mediante la fusión de átomos.
El gas hidrógeno dentro del recipiente tokamak se calienta para convertirse en «plasma», una sopa de partículas cargadas positivamente (iones) y partículas cargadas negativamente (electrones).
A menudo se hace referencia al plasma como el cuarto estado de la materia después del sólido, el líquido y el gas, y comprende más del 99 por ciento del universo visible, incluida la mayor parte de nuestro sol.
En el tokamak, el plasma queda atrapado y presurizado por campos magnéticos hasta que las partículas de plasma energizadas comienzan a colisionar.
A medida que las partículas se fusionan para formar helio, liberan enormes cantidades de energía, imitando el proceso que ocurre naturalmente en el centro de las estrellas.
El 'sol artificial' coreano, el dispositivo de investigación avanzada Tokamak superconductor de Corea (KSTAR), en el Instituto Coreano de Energía de Fusión (KFE) en Daejeon
Sostuvo con éxito el plasma con temperaturas de iones de 100 millones de grados Celsius durante 48 segundos durante la última campaña de plasma de KSTAR realizada entre diciembre de 2023 y febrero de 2024.
Dentro de un tokamak, la energía producida mediante la fusión de átomos se absorbe en forma de calor en las paredes del recipiente. En la foto, el recipiente de vacío KSTAR.
Si bien el uso de la fusión nuclear para alimentar hogares y empresas aún puede estar lejos, KSTAR demuestra que la quema de combustible similar a una estrella se puede lograr y contener utilizando la tecnología actual.
«Para lograr el objetivo final del funcionamiento de KSTAR, planeamos mejorar secuencialmente el rendimiento de los dispositivos de calefacción y de accionamiento de corriente y también asegurar las tecnologías básicas necesarias para las operaciones con plasma de pulso largo y alto rendimiento», añadió el Dr. Si-Woo Yoon.
Como muchos otros reactores en todo el mundo, KSTAR se construyó como una instalación de investigación para demostrar el potencial prometedor de la fusión nuclear para producir energía.
Otros incluyen el tokamak superconductor avanzado experimental de China (EAST) en Hefei y el reactor de Japón, llamado JT-60SA, recientemente encendido en Naka, al norte de Tokio.
Mientras tanto, los 22.500 millones de dólares (£15.900 millones) El Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER) en Francia será el más grande del mundo una vez que se complete la construcción el próximo año.
Se están construyendo y probando otros reactores más pequeños, incluido el ST40 en Oxfordshire, que es más aplastado y compacto en comparación con otros reactores con forma de rosquilla.
Y el Joint European Torus (JET), también ubicado en Oxfordshire, liberó un total de 69 megajulios de energía en cinco segundos. antes de ser recientemente dado de baja.
El santo grial de la energía limpia: en la foto se muestra cómo funciona un reactor, basado en uno desarrollado por Tokamak Energy, con sede en Milton, Oxfordshire.
Todas ellas podrían ser precursoras de plantas de energía de fusión que suministran energía directamente a la red y electricidad a los hogares de las personas.
Estas centrales eléctricas podrían reducir las emisiones de gases de efecto invernadero del sector de generación de energía, al evitar el uso de combustibles fósiles como el carbón y el gas.
La fusión se diferencia de la fisión (técnica utilizada actualmente en las centrales nucleares), porque la primera fusiona dos núcleos atómicos en lugar de dividir uno (fisión).
A diferencia de la fisión, la fusión no conlleva riesgo de accidentes nucleares catastróficos –como el ocurrido en Fukushima, Japón, en 2011– y produce muchos menos desechos radiactivos que las centrales eléctricas actuales, dicen sus exponentes.
CÓMO FUNCIONA UN REACTOR DE FUSIÓN
La fusión es el proceso mediante el cual un gas se calienta y se separa en sus iones y electrones que lo constituyen.
Implica que elementos ligeros, como el hidrógeno, se rompan para formar elementos más pesados, como el helio.
Para que se produzca la fusión, los átomos de hidrógeno se colocan bajo calor y presión elevados hasta que se fusionan.
El tokamak (impresión artística) es el sistema de confinamiento magnético más desarrollado y es la base para el diseño de muchos reactores de fusión modernos. El color púrpura en el centro del diagrama muestra el plasma en el interior.
Cuando los núcleos de deuterio y tritio, que se encuentran en el hidrógeno, se fusionan, forman un núcleo de helio, un neutrón y mucha energía.
Esto se hace calentando el combustible a temperaturas superiores a 150 millones°C y formando un plasma caliente, una sopa gaseosa de partículas subatómicas.
Se utilizan fuertes campos magnéticos para mantener el plasma alejado de las paredes del reactor, para que no se enfríe y pierda su potencial energético.
Estos campos son producidos por bobinas superconductoras que rodean el recipiente y por una corriente eléctrica impulsada a través del plasma.
Para la producción de energía, el plasma debe estar confinado durante un período suficientemente largo para que se produzca la fusión.
Cuando los iones se calientan lo suficiente, pueden superar su repulsión mutua y chocar, fusionándose.
Cuando esto sucede, liberan alrededor de un millón de veces más energía que una reacción química y de tres a cuatro veces más que un reactor de fisión nuclear convencional.
