Utilizando el combustible de futuras plantas de energía de fusión, los científicos de JET en Oxford han duplicado con creces el récord histórico de 1997: obtuvieron 59 megajulios de energía y una potencia de salida de poco más de 11 megavatios durante cinco segundos.
Científicos europeos, entre los que figuran las investigadoras del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas de España (CIEMAT), Elena de la Luna y Emilia Rodríguez Solano, han logrado un gran éxito en el camino hacia la producción de energía a través de plasmas de fusión: produjeron plasmas estables con 59 megajulios de generación de energía en la instalación de fusión más grande del mundo, JET, en Culham, cerca de Oxford, Reino Unido.
Durante el experimento, las reacciones de fusión en JET liberaron energía en forma de neutrones durante una fase de cinco segundos de una descarga de plasma.
Expresado en unidades de potencia (energía por tiempo), JET logró una potencia de salida de poco más de 11 megavatios promediados durante cinco segundos.
Como en el Sol
Siguiendo el ejemplo del sol, las plantas de energía de fusión tienen como objetivo fusionar los isótopos de hidrógeno deuterio y tritio y liberar grandes cantidades de energía en el proceso.
La única planta en el mundo actualmente capaz de operar con dicho combustible es el proyecto conjunto europeo JET, el Joint European Torus en Culham, cerca de Oxford, Reino Unido. Sin embargo, los últimos experimentos con el combustible para futuras plantas de energía de fusión se realizaron allí en 1997.
Debido a que el tritio es una materia prima muy rara que también presenta desafíos de gestión especiales, los equipos de investigación generalmente usan hidrógeno o deuterio para experimentos con plasma. En futuras centrales eléctricas, se formará tritio a partir de litio durante la producción de energía.
"Podemos explorar muy bien la física en los plasmas de fusión trabajando con hidrógeno o deuterio, porque este es el estándar en todo el mundo", explica Athina Kappatou del Instituto Max Planck de Física del Plasma (IPP).
Sin embargo, para la transición al experimento de fusión internacional a gran escala ITER, es importante que nos preparemos para las condiciones que prevalecen allí, añade Kappatou.
Diez veces más energía
ITER se encuentra actualmente en construcción en Cadarache, en el sur de Francia, y se espera que sea capaz de liberar diez veces más energía que la que se alimenta al plasma en términos de energía de calentamiento, utilizando combustible de deuterio-tritio.
El reactor principal de ITER, que se prevé esté terminado a finales de 2025, está diseñado para crear y mantener un plasma de 500 MW (energía térmica) durante 20 minutos, con solo 50MW de potencia térmica inyectada en el reactor.
Para acercar lo más posible el experimento JET a las futuras condiciones del ITER, el anterior revestimiento de carbono del recipiente de plasma se sustituyó por una mezcla de berilio y tungsteno, como también está previsto para el ITER.
El tungsteno metálico es más resistente que el carbono, aunque almacena demasiado hidrógeno. Sin embargo, la pared ahora metálica impone nuevas exigencias a la calidad del control de plasma.
Niveles récord de energía
Los experimentos actuales demuestran los éxitos de los investigadores: a temperaturas diez veces más altas que las del centro del sol, se han alcanzado niveles récord de energía de fusión generada.
Antes del cambio del material de la pared, JET había establecido el récord mundial de energía en 1997 con un plasma que producía 22 megajulios de energía y 4,4 megavatios de potencia promediados durante cinco segundos.
Este récord se mantuvo imbatido hasta ahora. "En los últimos experimentos, queríamos demostrar que podíamos generar mucha más energía incluso en condiciones similares a las del ITER", explica el Dr. Kappatou, físico del IPP.
Varios cientos de científicos e investigadores participaron en años de preparación para los experimentos. Utilizaron métodos teóricos para calcular de antemano los parámetros que necesitaban obtener para generar el plasma con el fin de lograr sus objetivos.
Esperando a ITER
Los experimentos confirmaron las predicciones a fines de 2021 y generaron un nuevo récord mundial: JET produjo plasmas estables con combustible de deuterio y tritio que liberaron 59 megajulios de energía.
Para producir energía neta, es decir, para liberar más energía de la que proporcionan los sistemas de calefacción, la instalación experimental es demasiado pequeña. Esto no será posible hasta que el experimento ITER a gran escala en el sur de Francia entre en funcionamiento.
"Los últimos experimentos en JET son un paso importante hacia ITER", concluye la profesora Sibylle Günter, directora científica del Instituto Max Planck de Física del Plasma.
"Lo que hemos aprendido en los últimos meses nos facilitará la planificación de experimentos con plasmas de fusión que generan mucha más energía de la que se necesita para calentarlos".
