Los científicos desarrollaron un innovador dispositivo de fusión nuclear «stellarator»

La fusión nuclear, la reacción que alimenta estrellas como nuestro Sol, libera grandes cantidades de energía al combinar átomos en lugar de dividirlos, a diferencia de la fisión utilizada actualmente. Sin embargo, a pesar de los avances históricos, los científicos aún no han podido descifrar la fusión nuclear como fuente de energía. Los científicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton han construido un reactor de fusión conocido como «stellarator» que utiliza imanes permanentes. Los investigadores que realizaron el primer experimento de este tipo con este reactor lograron dar un importante paso adelante.

Un enfoque innovador para la fusión nuclear

El equipo que trabaja en el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) ha creado un nuevo diseño para un tipo de dispositivo de fusión llamado stellarator, también conocido como stellarator.

Izquierda: Algunos de los imanes permanentes que hacen posible el concepto innovador de MUSE. Derecha: carcasa impresa en 3D de MUSE.

Tradicionalmente, los estelaradores generan sus complejos campos magnéticos con electroimanes construidos con extrema precisión. Sin embargo, dado que estos sistemas son muy caros, no se utilizan con frecuencia en diseños de reactores de fusión. Aquí es donde realmente entra en juego el toque del equipo de Princeton. El innovador dispositivo del equipo, llamado MUSE, rompe moldes, por así decirlo. El stellarator construido utiliza imanes permanentes en lugar de electroimanes. Para aquellos que no lo saben, los imanes permanentes son imanes extremadamente comunes y económicos que también se utilizan en refrigeradores.

Según el equipo de investigación, el uso de imanes permanentes en MUSE permite probar rápidamente nuevas ideas de confinamiento de plasma y construir fácilmente nuevos dispositivos. De hecho, anteriormente se teorizó que los imanes permanentes podrían usarse en los estelares, pero se necesitaron casi 10 años para construir la teoría.

¿Qué es Stellarator?

Los estelarizadores, o estelarizadores, son dispositivos de fusión que utilizan campos magnéticos complejos para atrapar plasma, el estado sobrecalentado de la materia necesario para alimentar las reacciones de fusión que alimentan el Sol y las estrellas. Vistos desde fuera, los ojos novatos pueden confundir estos dispositivos con los dispositivos tokamak que hemos escuchado con frecuencia últimamente. Sin embargo, existen diferencias serias y fundamentales entre ellos. La principal diferencia entre stellarators y tokamaks radica en cómo se crea el campo magnético que atrapa el plasma.

Los tokamaks tienen forma de rosquilla y funcionan utilizando corrientes toroidales (anulares) y poloidales (de arriba hacia abajo) para controlar el plasma. Si bien estas corrientes ocurren espontáneamente en el plasma, el diseño y funcionamiento de los tokamaks son relativamente simples. Por otro lado, las corrientes pueden ser inestables y dificultar el mantenimiento de las reacciones de fusión.

Stellarator, por otro lado, es un dispositivo toroidal que atrapa plasma a través de bobinas de formas complejas. Estas bobinas se utilizan para crear campos magnéticos que atrapan el plasma. En los estelaradores, la corriente proviene de las bobinas, no del interior del plasma. Esto permite un plasma más estable. Hagamos otra nota interesante aquí: los Stellarators se descubrieron por primera vez en los EE. UU. y en el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton en la década de 1950.

El fundador de PPPL, Lyman Spitzer, inventó el Modelo A, el primer stellarator construido en PPPL.

El equipo de Princeton se está preparando para realizar varios experimentos para analizar el diseño único de MUSE. En última instancia, el éxito logrado con MUSE es un guiño a un futuro en el que las plantas de energía de fusión sean más asequibles y accesibles, y los imanes permanentes puedan desempeñar un papel destacado en esta revolución de la energía limpia.