Una idea olvidada de los años 80 puede facilitar la ansiada fusión nuclear

Una vieja técnica abandonada en los años 80 ha funcionado por primera vez en un tokamak experimental. Usando una antena, un equipo de físicos e ingenieros ha lanzado ondas de radio de alta frecuencia que, por sí solas, han generado una pequeña parte de la corriente del plasma de ese reactor de pruebas. Casi todos los tokamaks dependen de una gran bobina central que obliga a apagar el plasma cada cierto tiempo. Estas ondas, llamadas helicón, podrían ser una de las piezas que permitan a una central de fusión generar electricidad de forma continua, como lo hace una central nuclear de fisión o el Sol.

Según Jeff Lestz —uno de los autores del estudio—, un reactor tokamak tiene que trabajar sin interrupciones para ser rentable. Si tuvieras que encender y apagar el reactor constantemente, sus componentes sufrirían un estrés repetido que terminaría por dañarlos. Así lo indican, según él, la mayoría de los estudios de diseño de centrales, que llaman a ese funcionamiento continuo "estado estacionario".

Funcionar a pulsos no es necesariamente un impedimento. El ITER —el enorme reactor internacional en construcción en Francia que parece que no va a arrancar nunca— está diseñado para funcionar de forma intermitente. Pero una central que no se apague podría salir más económica, según la Sociedad Nuclear Estadounidense (ANS).

Qué es el tokamak

Un tokamak es uno de los diseños que podrían darnos la ansiada fusión nuclear, una fuente de energía prácticamente inagotable que cambiaría la economía terrestre. Esta máquina con forma de toroide es básicamente una rosquilla hueca extremadamente cara y complicada de fabricar. Dentro, a unas cinco veces la temperatura del centro del Sol, los núcleos de hidrógeno se fusionan y forman helio. A esas temperaturas, el hidrógeno se convierte en plasma, un gas tan caliente que derretiría cualquier material creado por la humanidad. Para mantener ese plasma en su sitio y no fundir el dónut hacen falta enormes campos magnéticos. Por el propio plasma circula una corriente enorme. En el ITER serán millones de amperios. En el tokamak experimental de General Atomics en San Diego (California), donde los físicos han hecho el experimento, fluyen cerca de un millón de amperios. Esa corriente la induce la bobina central de la máquina, que actúa como una batería con carga limitada. Cuando se vacía, hay que apagar la máquina para recargarla. Por eso, en el reactor de General Atomics, los pulsos no pasan de unos diez segundos. El ITER no pasará de unos 1.000 segundos en su funcionamiento normal, según Bob Pinsker, otro de los autores del estudio.

Una antena en forma de peine

El estudio —publicado por físicos de General Atomics con participación del MIT y de la Universidad de California en Irvine en la revista científica Physical Review Letters— describe una posible solución a este problema: una antena de 1,5 metros instalada dentro de la cámara del reactor, en la cara exterior de la rosquilla.

La antena tiene 30 módulos en fila, como las púas de un peine gigante. Su trabajo es poner en marcha a los electrones del plasma, y para eso no basta con lanzar ondas: tienen que ir casi todas hacia el mismo lado. Por eso cada módulo se activa un instante más tarde que el anterior, igual que las fichas de un dominó al caer. El resultado es una onda que recorre la rosquilla en un solo sentido. Los electrones que viajan a su misma velocidad se suben a ella como un surfista a una ola.

Y, si los electrones se mueven en fila en un mismo sentido, eso es una corriente eléctrica.

Con las ondas helicón, los científicos descubrieron que el campo magnético del núcleo se reorganizaba mucho antes que en las pruebas sin ellas. Según su estudio, las ondas generaron unos 20.000 amperios en el núcleo del plasma, con un margen de error de 10.000 por arriba o por abajo. Sus simulaciones predecían 21.000.

"Hubo toda una oleada de experimentos que intentaron demostrar el impulso de corriente con ondas helicón en los 80, y ninguno, incluido el experimento de mi tesis, salió del todo bien", recuerda Bob Pinsker. Los pocos que parecieron funcionar, en tokamaks de Japón y Estados Unidos, resultaron ser efecto de otro tipo de onda. "Todo el que lo intentó en los 80 esperaba, en cierto modo, un milagro. Esperábamos que esa parte del modelo estuviera equivocada", admite. "El problema siempre fue que no teníamos un reactor a mano para probarlo".

La idea quedó aparcada durante décadas hasta que la rescató Víktor Vdovin. El físico del Instituto Kurchátov de Moscú la ofreció a varios proyectos de fusión internacionales hasta que llamó a la puerta de General Atomics. Los nuevos experimentos arrancaron en el verano de 2024.

El resultado de sus pruebas, aunque modesto, demuestra que el fenómeno existe. Ahora queda demostrar cómo funcionaría en una central a gran escala. Los 20.000 amperios de las ondas helicón son apenas un 2% de la corriente total del plasma del reactor de General Atomics. Además, el experimento solo midió la corriente en el centro del plasma, y en plasmas de bajo confinamiento, los que peor retienen el calor. El propio Lestz reconoce que el reactor de prueba no puede reproducir las condiciones de un reactor a gran escala. Es ahí donde esas ondas deberán funcionar. "Lo que de verdad necesitamos para ampliar esto es aumentar bastante la potencia y, por supuesto, eso no es tan fácil", afirma Pinsker. Nadie sabe aún si las ondas helicón acabarán imponiéndose a las otras técnicas.

Por ahora, la técnica sólo ha superado su primera prueba. Una idea que llevaba cuatro décadas en un cajón. El tokamak surcoreano KSTAR ya ha instalado su propia antena de ondas helicón. Si funciona también allí, los tokamaks tendrán una herramienta más para trabajar sin paradas.