China completa un imán de 582 toneladas para su «sol artificial»: el gigante de 21 metros que acerca la fusión nuclear

El mayor imán superconductor construido para un reactor de fusión mide 21 metros y almacenará tres veces más energía que su equivalente de ITER.

China ha completado un imán superconductor de 582 toneladas y 21 metros de longitud, el mayor desarrollado hasta ahora para un reactor de fusión nuclear. El gigantesco componente puede almacenar 120 gigajulios de energía magnética y supone un paso decisivo hacia las máquinas con las que el país quiere domesticar en la Tierra la energía de las estrellas.

No significa que China tenga ya una central de fusión funcionando ni que haya encendido definitivamente su célebre «sol artificial». Lo que acaba de resolver es uno de los problemas de ingeniería más difíciles de esas futuras máquinas: construir los enormes campos magnéticos capaces de mantener encerrada una materia calentada a más de 100 millones de grados sin que toque las paredes del reactor. El avance llega mientras China construye BEST, su siguiente gran tokamak experimental, cuya finalización está prevista para finales de 2027.

Un monstruo de 582 toneladas para encerrar una estrella
El componente desarrollado por el Instituto de Física del Plasma de la Academia China de Ciencias es un imán superconductor de campo toroidal, una gigantesca estructura con forma aproximada de «D». Sus dimensiones explican la magnitud del desafío: 21 metros de largo, 12 metros de ancho, 3,3 metros de espesor y 582,4 toneladas de masa. Su volumen es aproximadamente 1,3 veces el de un imán toroidal comparable del ITER y su capacidad de almacenamiento energético es tres veces superior.

No es simplemente una bobina gigantesca. Durante su funcionamiento deberá transportar una corriente de 98.000 amperios, almacenar unos 120 gigajulios y soportar campos magnéticos que pueden alcanzar 14,5 teslas en el propio imán. El Instituto de Física del Plasma asegura además que el sistema ha sido concebido para trabajar de forma fiable durante hasta 60 años bajo frío extremo, grandes esfuerzos mecánicos y radiación intensa.

Pero hay un detalle que permite comprender por qué semejante monstruo metálico resulta imprescindible: el combustible de un tokamak no puede tocar físicamente su recipiente. Para que núcleos atómicos ligeros puedan fusionarse, el combustible debe transformarse en plasma y calentarse hasta temperaturas superiores a las que existen en el corazón del Sol. Ningún material conocido podría contener directamente esa materia durante largos periodos.

La solución consiste en fabricar una especie de botella invisible. Los campos magnéticos obligan a las partículas eléctricamente cargadas del plasma a desplazarse siguiendo determinadas trayectorias, manteniéndolas alejadas de las paredes del reactor. ITER empleará precisamente 18 grandes bobinas toroidales para realizar esta tarea; cada una de ellas pesa alrededor de 330 toneladas y mide aproximadamente 17 por 9 metros.

China ha tardado seis años en desarrollar su nuevo sistema y afirma haber localizado completamente la tecnología necesaria para fabricarlo. El programa ha producido decenas de patentes y ha obligado a resolver problemas relacionados con superconductores, aislamiento criogénico, protección frente a pérdidas súbitas de superconductividad y fabricación de estructuras de dimensiones extraordinarias.

El «sol artificial» no funciona exactamente como el Sol
El apodo resulta irresistible, aunque científicamente requiere una aclaración. Un reactor terrestre de fusión no pretende construir literalmente un pequeño Sol ni reproducir exactamente las reacciones que dominan nuestra estrella. El objetivo es aprovechar el mismo principio físico fundamental: unir núcleos atómicos ligeros para formar otros más pesados y liberar una enorme cantidad de energía.

Los proyectos de fusión magnética de nueva generación buscan principalmente trabajar con deuterio y tritio, dos isótopos del hidrógeno. Cuando sus núcleos se fusionan pueden producir helio, un neutrón y una gran cantidad de energía. BEST, la instalación china actualmente en construcción, está concebida precisamente para experimentar con plasma ardiente de deuterio-tritio.

La dificultad no consiste únicamente en provocar algunas fusiones: eso se consigue experimentalmente desde hace décadas. El verdadero desafío es conseguir que el sistema produzca suficiente energía de manera sostenida y controlable como para resultar útil.

Para ello es necesario mantener simultáneamente temperaturas extremas, suficiente densidad de plasma y un confinamiento prolongado. Y todo debe ocurrir dentro de una máquina cuyos superconductores trabajan cerca del cero absoluto. En instalaciones como ITER, los imanes superconductores funcionan aproximadamente a 4 kelvin, unos −269 °C.

Ese contraste parece escrito para la ciencia ficción: a pocos metros de distancia deben coexistir temperaturas superiores a 100 millones de grados y componentes enfriados hasta apenas cuatro grados por encima del cero absoluto.

Precisamente por eso el nuevo imán chino importa más allá de sus espectaculares dimensiones. La fusión comercial no dependerá solamente de récords de temperatura del plasma; necesitará demostrar que enormes componentes industriales pueden fabricarse con precisión, funcionar repetidamente y resistir condiciones extremas durante años.

China pone 2027 y 2030 en el calendario de la fusión
El nuevo imán forma parte del salto de China desde los experimentos de física del plasma hacia la ingeniería de reactores de fusión de gran escala. Uno de los proyectos centrales de esa estrategia es BEST (Burning Plasma Experimental Superconducting Tokamak), que se está construyendo en Hefei y cuya máquina principal tiene prevista su finalización para finales de 2027.

BEST representa un cambio importante frente a dispositivos experimentales anteriores. China pretende utilizarlo para estudiar un verdadero plasma ardiente de deuterio y tritio, con objetivos de potencia de fusión situados entre 20 y 200 megavatios y la ambición de alcanzar ganancia neta de energía de fusión.

El siguiente objetivo resulta todavía más llamativo. Autoridades científicas chinas han señalado que el programa pretende intentar demostrar ganancia neta de fusión y generación de electricidad alrededor de 2030, un hito que han descrito metafóricamente como encender la primera lámpara alimentada mediante energía de fusión.

Pero conviene mantener una frontera clara entre objetivo y resultado. Ningún reactor de fusión comercial produce hoy electricidad de forma continua para una red eléctrica, y demostrar un plasma con ganancia energética tampoco equivale automáticamente a disponer de una central rentable. Materiales resistentes a los neutrones, extracción del calor, producción y manejo de tritio, mantenimiento remoto, fiabilidad y costes siguen figurando entre los grandes problemas pendientes.

Eso hace que las 582 toneladas del nuevo imán resulten quizá más reveladoras que cualquier promesa futurista. La carrera por la fusión está abandonando lentamente el territorio de los pequeños experimentos para entrar en otro mucho más áspero: el de las máquinas industriales gigantescas.

Durante décadas, el «sol artificial» ha parecido permanecer siempre varias décadas en el futuro. China acaba de colocar sobre la mesa una pieza de 21 metros que demuestra que algunas partes de ese futuro ya pueden construirse. Todavía falta encender la estrella. Pero su jaula magnética empieza a tomar forma.

Fuente: National Geographic