ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) es la mayor apuesta del sector público por el desarrollo de la energía de fusión, pero la iniciativa privada también cuenta. Y mucho. Durante la conversación que mantuvimos con él a principios de diciembre de 2022, Moisés Weber, investigador de CIEMAT que actualmente ejerce como Adjunto al Director de IFMIF-DONES España, nos explicó lo importante que es el rol que ya está ejerciendo la inversión privada en esta disciplina científica.
"Estas empresas están desarrollando con mucha seriedad tecnologías que debido a su dificultad no funcionaron correctamente cuando se empezó a trabajar en fusión, como, por ejemplo, la tecnología de espejos. Se están recuperando conceptos antiguos que son prometedores, pero que en el pasado se vio que tenían dificultades intrínsecas. Sin embargo, todas estas empresas están haciendo algo que yo creo que es muy bueno, y que consiste en poner el foco en decir que la energía de fusión es un campo en el que merece la pena invertir", apunta Moisés.
"Además, estas iniciativas privadas están incrementando el mercado de la fusión, y cuando hay un mercado que crece hay mayor inversión en él, más profesionales trabajando en ello y más continuidad [...] Yo creo que es muy beneficioso que haya iniciativas privadas que complementan al programa central de fusión público, al que pertenece ITER. Estamos en un momento en el que nos tenemos que dar cuenta de que esencialmente no somos ciencia, somos energía, por lo que deberíamos llegar a los niveles de inversión del sector de la energía".
Los imanes superconductores del MIT y CFS están preparados para la fusión
Una de las iniciativas más prometedoras está en manos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), la empresa Commonwealth Fusion Systems (CFS) y el grupo empresarial italiano Eni. El MIT aporta sus recursos en el ámbito de la investigación y la innovación; CFS se está encargando de la construcción de SPARC, que es como llaman a su prototipo de reactor de fusión nuclear mediante confinamiento magnético, y Eni participa en CFS aportando sus recursos económicos e industriales.
Al igual que ITER, el reactor SPARC recurre al confinamiento magnético de los núcleos de deuterio y tritio que conforman el combustible utilizado en esta reacción en el interior de un reactor de tipo tokamak. Estos núcleos tienen carga eléctrica positiva, por lo que un campo magnético de alta potencia puede evitar que entren en contacto directo con las paredes de la cámara de vacío en la que tiene lugar la fusión nuclear.
El plasma que contiene los núcleos de deuterio y tritio alcanza una temperatura de al menos 150 millones de grados Celsius
Tan solo los neutrones de alta energía producidos por la fusión de los núcleos de deuterio y tritio consiguen escapar al confinamiento del campo magnético. Y lo hacen debido a que su carga eléctrica global es neutra. Lidiar con la irradiación de los materiales que revisten el interior de las paredes de la cámara de vacío de estos reactores es uno de los desafíos que plantea la fusión nuclear, y, precisamente, el proyecto IFMIF-DONES que ya se está poniendo a punto en Granada persigue desarrollar los materiales que serán capaces de soportar la agresión de los neutrones de alta energía.
Sin embargo, este no es el único reto que se interpone hoy entre el ser humano y la fusión nuclear comercial. El plasma que contiene los núcleos de deuterio y tritio alcanza una temperatura de al menos 150 millones de grados Celsius, por lo que es crucial evitar que entre en contacto con las paredes de la cámara de vacío. Si lo hiciese las dañaría irreversiblemente. El campo magnético puede mantenerlo a raya, pero en algunos momentos surgen turbulencias en la parte más externa del plasma que pueden comprometer la integridad del reactor de fusión nuclear.
Para evitarlo SPARC cuenta con unos imanes superconductores de alta potencia y alta temperatura que, según las simulaciones de los investigadores del MIT, consiguen mantener a raya con eficacia las turbulencias que provocan la desestabilización del plasma. Según Martin Greenwald, el subdirector del centro especializado en fusión nuclear del MIT y uno de los fundadores de CFS, la energía que requieren estos imanes para generar el campo magnético responsable del confinamiento del plasma es mucho menor que la que es necesario invertir en otros motores magnéticos, como, por ejemplo, el que emplea ITER.
Según el MIT y CFS sus imanes superconductores entregan el rendimiento necesario para poner a punto una planta de energía de fusión
En octubre de 2020 los investigadores del MIT y CFS publicaron siete artículos revisados por pares en la revista Journal of Plasma Physics en los que explican las claves de su tecnología. Y ya en ese momento Greenwald defendió que estos artículos les permitían confiar en que la estrategia que han desarrollado es lo suficientemente fiable para llevar la construcción del reactor de fusión nuclear SPARC a buen puerto. Además, este proyecto tiene otra baza a su favor: su reactor tokamak es mucho más pequeño que el que utiliza ITER, por lo que el tiempo que es necesario invertir en su construcción teóricamente debería ser menor.
Una parte muy importante del trabajo de estos científicos acaba de culminar con la publicación en el número de marzo de IEEE Transactions on Applied Superconductivity de nada menos que seis artículos revisados por pares. En ellos explican con todo lujo de detalles cómo han abordado el diseño y la fabricación de los imanes y los equipos de diagnóstico necesarios para llevar el reactor SPARC a buen término. Sus conclusiones son tajantes: sus imanes superconductores entregan el rendimiento necesario para poner a punto una planta de energía de fusión. Su plan pasa por tener listo un primer prototipo operativo de SPARC en 2025. Ojalá consigan su propósito. Sería una sorpresa muy grata para todos.
Imagen | MIT News
Más información | IEEE Transactions on Applied Superconductivity