El reactor experimental español de fusión

En los últimos días de 1996, concretamente el 19 de diciembre, el equipo científico-técnico del Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) responsable del stellarator español TJ-II realizó su primer experimento con la recién construida máquina experimental de fusión. El ensayo consistió en introducir dentro del dispositivo TJ-II un fino haz de electrones que, atrapado por el campo magnético del stellarator, viaja por su interior hasta que golpea una varilla oscilante, fluorescente y situada en el extremo opuesto de la máquina, produciendo un pequeño resplandor, que es registrado por una cámara de vídeo digital. La suma óptica de todos los destellos producidos durante un minuto aproximadamente (lo que en nuestro lenguaje llamamos un disparo) creó una imagen que muestra la forma de las superficies confinantes del invisible campo magnético del TJ-II.Este primer experimento es de gran importancia para la familia de máquinas de fusión que, como el TJ-II, son denominadas stellarators, ya que nos permitió a los investigadores ver las características de la botella magnética que en su día albergará el combustible a temperaturas incluso superiores a las existentes en el centro de nuestro Sol. La fotografía tomada demuestra la bondad de la construcción y el montaje de este complejo experimento, auténtico desafío científico y tecnológico, y supone una garantía para los experimentos futuros, ya que en un stellarator todas sus propiedades físicas se basan en la existencia de unas superficies magnéticas cerradas y anidadas, que en nuestro caso confirmaban las predicciones teóricas obtenidas hasta este momento únicamente en simulaciones con superordenadores. Esta serie de experimentos, que concluirá a finales del mes de enero, se continuará con la instalación y el montaje de la fuente de alimentación eléctrica definitiva, que permitirá al proyecto TJ-II el comienzo de sus experimentos a pleno rendimiento en octubre de 1997, tras seis años de construcción.

Desde que, en 1939, Hans Bethe postuló que la energía del Sol proviene de la fusión de núcleos de hidrógeno en helio existe una carrera científica y tecnológica para conseguir controlar en nuestro planeta la fuente de energía más abundante de nuestro universo: la fusión nuclear. No es un problema fácil; incluso los núcleos atómicos más ligeros, los isótopos del hidrógeno (deuterio y tritio), necesitan temperaturas del orden de los 100 millones de grados (seis veces más que en el interior del Sol) para que la fusión se produzca en nuestro planeta de una manera eficiente, energéticamente hablando, y el problema que inmediatamente surge es cómo aislar la materia a tan alta temperatura. Varias soluciones se han propuesto a este dilema, y el confinamiento magnético de la fusión es una de las alternativas con más posibilidades.

'Tokamak'

Los tokamaks y los stellarators son dos posibles botellas magnéticas que se diferencian esencialmente en cómo producen sus campos magnéticos: el tokamak necesita la ayuda del propio plasma; el stellarator deja en manos de la tecnología y el diseño humano su creación. En la actualidad, los tokamaks son las máquinas más avanzadas en el campo de la fusión magnética, y, por ejemplo, el tokamak europeo JET, el mayor del mundo, ha conseguido generar en 1991 más de un millón de vatios de potencia de fusión por unos segundos, y el gran proyecto multinacional en el que colaboran Rusia, Estados Unidos, Japón y Europa, del que debería ser el primer tokamak que alcanzara la meta de la ignición (o autoproducción neta de energía), ITER, avanza en su diseño final, aunque no sin antes encontrar múltiples obstáculos. Pero la materialización del tokamak como planta comercial productora de electricidad no está exenta de dificultades.

Por ello, los programas de fusión más importantes, y particularmente el europeo y el japonés, dedican una parte considerable de sus recursos al desarrollo del concepto stellarator, que no adolece de estos problemas. España se ha unido a este esfuerzo comunitario con el proyecto TJ-II del CIEMAT, cuyos parámetros y objetivos son similares a los dos stellarators más avanzados que operan en el mundo: el alemán Wendelstein 7-AS, del Instituto Max-Planck, o el japonés Compact Helical System (CHS), de la Universidad de Nagoya. El experimento TJ-II, catalogado como "gran instalación científica española" por el Comité Español de Grandes Instalaciones Científicas, tiene un diámetro de casi cinco metros (marcado por sus bobinas de campo magnético vertical), un volumen de plasma de un metro cúbico y un campo magnético toroidal de un tesla (alrededor de 30.000 veces el campo magnético terrestre); el peso de toda su estructura se acerca a las 100 toneladas y deberá producir plasmas con temperaturas similares a las existentes en el centro del Sol.

Dos factores han influido decisivamente en el renacimiento del concepto sterallator, descubierto en la Universidad de Princeton en los cincuenta: la aparición de potentes superordenadores y los avances tecnológicos industriales. Los superordenadores han permitido a los investigadores diseñar sofisticadas trampas magnéticas con las propiedades físicas necesarias para confinar un plasma a la temperatura y presión correctas y los avances en la tecnología han permitido materializar estos diseños en máquinas de fusión reales.

Una nueva 'botella'

Las bobinas de la máquina española TJ-II son un buen ejemplo de esta combinación de factores. Después de complicados cálculos en grandes ordenadores se encontró una combinación de bobinas circulares y helicoidales que formaban una nueva botella con propiedades físicas nuevas y muy atractivas para el programa de fusión europeo, pero su materialización sólo fue posible cuando la tecnología ha permitido fabricar, por ejemplo, una bobina helicoidal de tres metros de diámetro con desviaciones de su trayectoria ideal no superiores al milímetro y por la que circula una densidad de corriente eléctrica récord en el mundo para este tipo de bobinas (100 millones de amperios por metro cuadrado).

A pesar de todo el progreso en este campo, los stellarators todavía tienen que recorrer un largo camino hasta que consigan emular las condiciones avanzadas de confinamiento obtenidas en los tokamaks, pero la nueva generación de máquinas stellarator, a punto de entrar en operación, debe acortar una senda cuya meta última para todos aquellos que trabajamos en fusión es hacer realidad la promesa de una fuente de energía eléctrica barata, ilimitada, segura y medioambientalmente aceptable