Tokamak compacto

Un Tokamak es un instrumento que utiliza poderosos campos magnéticos para confinar gases ionizados, llamados plasmas, a muy altas temperaturas.  Estos dispositivos se utilizan para producir reacciones termonucleares controladas.

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Por: Vicente Aboites

Un Tokamak es un instrumento que utiliza poderosos campos magnéticos para confinar gases ionizados, llamados plasmas, a muy altas temperaturas.  Estos dispositivos se utilizan para producir reacciones termonucleares controladas.

Las reacciones termonucleares son las responsables de la luz y energía producida en todas las estrellas como el Sol y también son responsables de la tremenda energía liberada en una bomba atómica “H”, también conocida como “bomba termonuclear”.

Estos aparatos fueron desarrollados en la década de los cincuenta del siglo pasado por los físicos soviéticos Igor Tamm y Andrei Sakharov.  Mientras tanto en los países occidentales se trabajaba con el mismo objetivo de lograr reacciones termonucleares controladas pero utilizando aparatos llamados Stelarators.

En esa época todo ese trabajo de investigación era clasificado y secreto. Sin embargo en 1965 y en 1968 los físicos soviéticos publicaron sus resultados experimentales que fueron considerados exagerados o producto de mediciones incorrectas por el físico norteamericano Lyman Spitzer.  Esto condujo a una invitación de los físicos soviéticos a sus contrapartes occidentales con objeto de que ellos mismos realizaran las mediciones en el Tokamak soviético.  La delegación británica aceptó la invitación y confirmaron los resultados soviéticos que eran mucho mejores y más prometedores que cualquier resultado occidental de ese momento.  El resultado de este intercambio científico fue que numerosos grupos occidentales empezaron también a construir Tokamaks.

En realidad la apertura científica soviética y occidental se dio al reconocer que el problema científico-tecnológico que estaban enfrentando era de extraordinaria complejidad.  Tan es así que ahora, casi setenta años después del inicio de la investigación en fusión nuclear, aun no existe ningún dispositivo comercial en el mundo capaz de producir energía termonuclear controlada.  El día que esto se logre se dispondrá de una inmensa e inagotable fuente de energía que además será ecológica pues un reactor termonuclear producirá casi nula contaminación comparado con cualquier otra fuente actualmente conocida basada en el uso de combustibles fósiles.

Recientemente el físico John Menard del Laboratorio de Física de Plasmas de la Universidad de Princeton (PPPL) publicó un estudio analizando el desempeño de Tokamaks compactos para generar energía en plantas de 200 a 300 MW (ver: J. E. Menard. Compact steady-state tokamak performance dependence on magnet and core physics limits. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 2019; 377).

A modo de comparación vale señalar que la planta solar más grande de Estados Unidos, la de Kramer Junction, produce 354 MW con lo cual es capaz de alimentar a 232,500 hogares (durante el día a potencia máxima) utilizando 936,384 espejos que ocupan 647.5 hectáreas.

Estos espejos parabólicos alineados se extenderían a lo largo de 369 kilómetros.  Por su parte un Tokamak compacto produciendo energía semejante ocuparía un espacio bastante modesto.  Los Tokamaks enfrentan problemas técnicos de primera magnitud.  Por ejemplo, el plasma contenido en el interior se debe de mantener a temperaturas semejantes a las que encontramos en la superficie del Sol, de cincuenta a cien millones de grados.

¿Cómo se puede mantener un gas a esta temperatura?  Para esto se requiere de campos magnéticos extremadamente intensos que son producidos por imanes superconductores de alta temperatura (HTS). Estos imanes a su vez son todo un reto tecnológico.  La conclusión es que la integración de una planta de energía termonuclear requerirá llevar la ciencia y tecnología actual a su límite máximo superior.

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