Una trampa de 1.000 millones de euros para capturar la energía del Sol

El reactor de fusión nuclear alemán Wendelstein 7-X pretende probar que el diseño más complejo puede ser la opción más sensata para construir el futuro de la energía

Pieza para el interior de uno de los segmentos del reactor de fusión Wendelstein 7-X.

En Greifswald, en el norte de Alemania, se va a probar dentro de poco una trampa magnética que quiere imitar la magia del Sol. Desde que las teorías de Albert Einstein predijeron que una pequeña cantidad de masa atesora cantidades descomunales de energía, se ha tratado de explotar ese filón. Los primeros triunfos (y fracasos) llegaron en forma de estallido, con las bombas atómicas: el calor del Sol que devora ciudades, escribía Don De Lillo. Después, las necesidades de la Guerra Fría impulsaron la creación de los primeros reactores de fisión para propulsar submarinos que finalmente sirvieron de modelo para las centrales nucleares civiles.

La energía nuclear de fisión, sin embargo, produce residuos peligrosos y desde hace décadas se busca una alternativa segura para ordeñar el poder del átomo. La energía de fusión, la que se produce con la unión de átomos de hidrógeno en el Sol, es un sueño perseguido durante décadas. En la Tierra, para conseguir que dos núcleos atómicos superen la repulsión propia de dos partículas con la misma carga es necesario someterlas a temperaturas extremas. A 100 millones de grados centígrados, cinco veces más que en el corazón del Sol, la temperatura arranca los electrones de sus núcleos produciendo un plasma con átomos cargados que pueden unirse entre ellos. Sin embargo, las partículas superexcitadas se convierten en un rebaño incontrolable dentro de un contenedor normal.

Los reactores de fusión contienen gas a millones de grados sobre cero junto a imanes refrigerados hasta el cero absoluto

Hasta ahora, los experimentos más avanzados en la búsqueda de una fuente de energía segura, abundante y controlable, utilizan unos contenedores magnéticos con forma de rosquilla conocidos como tokamaks. Este modelo es el elegido para el ITER, un experimento internacional con un coste de más de 15.000 millones de euros que pretende probar si es posible producir energía de forma comercial mediante la fusión nuclear.

Estos contenedores permiten mantener las partículas confinadas y a la temperatura necesaria para que continúen las reacciones de fusión. El diseño del que partieron este tipo de trampas magnéticas, con bobinas circulares a lo largo de toda la rosquilla, tenía un problema: en el interior, las bobinas van más apretadas y el campo magnético que producen es más intenso, algo que desvía las partículas que acaban por escaparse

El diseño de algunos reactores solo ha sido posible con los ordenadores de última generación

Para arreglar esa descompensación, físicos como el soviético Andrei Sajarov plantearon un diseño en el que una corriente a través del plasma mantenía el equilibrio del gas y hacía posible mantenerlo dentro de su cárcel magnética. En palabras de Joaquín Sánchez, director del Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT, “es como si para controlar una prisión, utilizases, además de a los guardias, la colaboración de algún prisionero”. El problema es que si por algún motivo esa colaboración falla, se puede producir una fuga que malogre la reacción de fusión o dañe las paredes del reactor.

En las próximas semanas, si no surgen imprevistos, en el Instituto Max Planck para Física del Plasma en Greifswald, se va a poner a prueba un modelo alternativo de contenedor para reactores de fusión nuclear. El Wendelstein 7-X, un artefacto de intrincado diseño que ha costado alrededor de 1.000 millones de euros, es lo que se conoce como un "estellarator". Estas máquinas, como los tokamaks, necesitan mantener el plasma a millones de grados en el interior del contenedor sin que toque las paredes, que a su vez están rodeadas por imanes superconductores a más de 270 grados bajo cero. Si esto sucede, el gas se enfría y las reacciones de fusión se detienen. En este tipo de contenedores, siguiendo la metáfora de Sánchez, el control de los prisioneros se hace todo desde fuera. Pero en este caso, para mantener a las partículas dentro del campo magnético hay que retorcerlo. “Es algo que se puede parecer a cuando echas vino en una copa y giras un poco la botella al final para que no gotee cuando dejamos de verter el líquido”.

En el caso de los estellarators como Wendelstein 7-X, se requieren diseños extremadamente complejos que son diferentes en cada una de estas máquinas. Los tokamaks son más o menos iguales en todo el mundo, pero el TJ-II, un estellerator construido por el CIEMAT en Madrid, tiene diferencias de diseño con su primo alemán. Para construir la cámara retorcida, rodeada de grandes imanes retorcidos con los que crear los campos magnéticos necesarios para mantener a las partículas confinada y a altísima temperatura, el proyecto alemán ha requerido la capacidad de los grandes supercomputadores. “Para encontrar la forma adecuada para las bobinas, o mejor, para los campos magnéticos que producen, fue necesaria una gran cantidad de trabajo de computación”, explican los responsables del proyecto. Además, “se tuvieron que desarrollar nuevos códigos de programación y métodos de computación para gestionar grandes cantidades de información”, añaden.

El objetivo de la máquina alemana no es, como en el caso del ITER, generar energía. Se trata aún de un experimento de física que quiere demostrar que el diseño de la trampa es capaz de mantener en su interior el plasma caliente durante un tiempo suficiente. Si el ensayo tiene éxito, después de muchos años a la cola por las incertidumbres de su endiablado diseño, el estellarator se convertiría de nuevo en una opción alternativa para la construcción de reactores de fusión. Superado el inconveniente de la estabilidad, sería una opción que podría tener ventajas para la construcción de centrales de fusión. “Aunque el diseño es mucho más complicado, la operación de la máquina sería menos problemática que la del tokamak”, apunta Sánchez. Así, al producir muchas unidades, el estellarator obtendría ventaja sobre el tokamak.

En cualquier caso, lo que se aprendan con los distintos tipos de reactor servirán para mejorar los diseños de las mejores máquinas para lograr el objetivo final. Aunque los retrasos y los incrementos de presupuesto en los distintos proyectos de fusión han sido importantes, quienes trabajan en este ámbito son optimistas sobre la posibilidad de controlarla para producir electricidad. “Pensamos que es posible”, opina Sánchez, aunque no esconde sus dudas sobre la posibilidad de construir una máquina de esta complejidad, que funcione 24 horas al día 7 días a la semana.

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