La fusión nuclear sostenida podría estar un paso más cerca de la realidad después de que el “sol artificial” de Corea recibiera una interesante mejora para soportar temperaturas seis veces más altas que el centro del sol.

La actualización contribuirá al desarrollo del proyecto de fusión más grande del mundo, ITER, en el que participan 35 países, incluido Estados Unidos.

El sol artificial está basado en la fusión nuclear, que crea energía de la misma manera que el Sol. El proceso implica aplastar dos átomos con tal fuerza que se combinan en un solo átomo más grande, liberando enormes cantidades de energía en el camino.

A diferencia de la fisión nuclear (la reacción nuclear que se utiliza actualmente en el sector energético), la fusión no genera residuos radiactivos. Produce de tres a cuatro veces más energía que la fisión y no libera dióxido de carbono a la atmósfera, a diferencia de la quema de combustibles fósiles. La fusión también es un proceso muy frágil que se detendrá en una fracción de segundo si no se mantienen las condiciones correctas, por lo que no hay riesgo de fusión nuclear.

La investigación sobre la fusión nuclear se puede dividir en dos ramas: los láseres y el confinamiento magnético. En ambos casos, los átomos involucrados se calientan a temperaturas altísimas y confinados en un área pequeña, lo que los obliga a fusionarse.

KSTAR, el sol artificial de Corea

El sol artificial de Corea, conocido como KSTAR, es uno de los muchos dispositivos de fusión que se basa en el confinamiento magnético mediante un dispositivo con forma de rosquilla llamado tokamak. El artilugio utiliza una serie de potentes imanes para contener un flujo circular de plasma supercaliente, un cuarto estado de la materia que se crea cuando los átomos se calientan a temperaturas tan altas que se rompen, lo que da como resultado una sopa de electrones cargados negativamente y iones cargados positivamente.

Estos iones cargados positivamente normalmente se repelen entre sí, pero en el Sol, sus intensas fuerzas gravitacionales crean una alta presión que empuja a los iones entre sí y supera esta repulsión. Sin embargo, en la Tierra, es casi imposible replicar esto, por lo que el plasma debe calentarse aún más a temperaturas aproximadamente seis veces más altas que el centro del Sol o más.

Representación artística del plasma dentro de un reactor de fusión que utiliza confinamiento magnético para obligar a los átomos a fusionarse. Esto es similar al proceso que crea energía en el centro del Sol. Crédito de imagen: KSTAR

Se requiere mucha energía

Crear estas temperaturas requiere mucha energía, razón por la cual los científicos aún no han logrado obtener de una reacción de fusión mucha más energía de la que aportan.

Además de estos enormes requisitos energéticos, los materiales utilizados dentro de los reactores de fusión deben poder soportar temperaturas abrasadoras. La parte principal del reactor que entra en contacto directo con el plasma se llama desviador, que actúa como un sistema de escape de la cámara de reacción. Por ello, este componente debe ser más resistente a las altas temperaturas del plasma de fusión.

Inicialmente, KSTAR estaba equipado con un desviador de carbono debido a su alto punto de fusión. Sin embargo, cuando las partículas de plasma chocan contra los relativamente pequeños átomos de carbono de las paredes del desviador, quedan temporalmente pegadas a la superficie, perdiendo la mayor parte de su energía y limitando así el tiempo que puede mantenerse la reacción general.

Por ello, los científicos han sugerido utilizar tungsteno, un metal con un punto de fusión casi igual al del carbono pero con una masa atómica mucho mayor. Es más probable que estos átomos de tungsteno más grandes reflejen las partículas de plasma de su superficie, lo que permite que la mayor parte de su energía se recicle nuevamente en el plasma y mantenga la reacción durante períodos mucho más largos.

Para facilitar estas reacciones prolongadas, KSTAR ha sido equipado recientemente con un desviador de tungsteno. En el pasado, KSTAR podía funcionar hasta 30 segundos a temperaturas de 100 millones de grados Celsius (que en realidad es bastante tiempo para los estándares de fusión). Pero con esta nueva actualización, el nuevo objetivo es alcanzar los 300 segundos por finales de 2026.

Si bien este objetivo es impresionante, no es la primera vez que se alcanza un objetivo de reacción tan amplio. En 2023, el Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) de China pudo generar, sostener y confinar plasma durante 403 segundos en modo de alto confinamiento, un estado que soporta altas temperaturas y densidades de partículas y sienta las bases para una generación de energía más eficiente.

Aun así, el equipo surcoreano espera que su actualización permita a KSTAR aportar datos más precisos al desarrollo y optimización de ITER, la máquina tokamak más grande del mundo, que actualmente se encuentra en construcción en Francia. Se espera que ITER produzca su primer plasma a finales de 2025 y que las operaciones a gran escala comiencen en 2035.

Fuente: eurekalert

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