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La mayor parte de la energía que utilizamos en nuestra vida diaria proviene del sol. Las plantas convierten la energía solar en carbohidratos, los animales comen las plantas y luego los humanos comen ambas. Algunas de esas plantas y animales se descomponen en combustibles fósiles, que luego utilizamos para calentar nuestros hogares, cargar nuestros teléfonos y alimentar nuestros automóviles. Pero ¿y si pudiéramos eliminar al intermediario? En los últimos años, los científicos en China han logrado grandes avances hacia ese objetivo con la creación de un "sol artificial".
China no ha construido literalmente un sol, pero los investigadores están aprovechando el proceso nuclear que impulsa a la estrella:la fusión. A diferencia de la fisión en los reactores convencionales, la fusión fusiona dos núcleos ligeros en uno, liberando una enorme cantidad de energía y produciendo únicamente helio como subproducto. Esto hace que la fusión sea una fuente de energía mucho más limpia que la combustión de combustibles fósiles, que libera gases de efecto invernadero, o la fisión, que genera residuos radiactivos de larga duración.
Controlar la fusión es extremadamente difícil. Requiere temperaturas de millones de grados y presiones que aplastarían cualquier material. En el núcleo del Sol, el hidrógeno se fusiona a una temperatura de entre 50 y 60 millones de grados Fahrenheit y una presión de 3.600 millones de psi, más de 200.000 millones de veces la presión en la superficie de la Tierra. Replicar esas condiciones en un laboratorio es un desafío monumental y mantenerlas es aún más difícil. Es por eso que el reciente éxito del Instituto de Física del Plasma de China (producir y mantener plasma durante más de 1000 segundos el 20 de enero de 2025) es un hito tan importante.
El gran avance de China se produjo con el Tokamak Superconductor Experimental Avanzado, o EAST. Si bien existen muchos tokamaks en todo el mundo, EAST es el único que ha mantenido el plasma de manera estable durante un período tan largo. Los principios subyacentes de un tokamak, sin embargo, son relativamente sencillos.
Primero, la contención. Debido a que el plasma está demasiado caliente para que cualquier material sobreviva al contacto, un tokamak utiliza un campo magnético en forma de rosquilla para suspender el plasma; no se necesitan paredes físicas. Al hacer girar el plasma, sus electrones se alinean en una sola dirección, dándole al plasma una carga electromagnética que puede mantenerse en el aire como un imán flotante.
En segundo lugar, la presión. La presión central del Sol es enorme, pero en un tokamak confiamos en la ley de los gases ideales para vincular la temperatura y la presión. EAST alcanza temperaturas superiores a los 180 millones de grados Fahrenheit, lo que permite que la presión se mantenga comparativamente baja y al mismo tiempo permite reacciones de fusión.
Aunque el plasma nunca toca las paredes del reactor, sigue emitiendo un calor intenso. El verdadero desafío de ingeniería es evitar que ese calor derrita los componentes circundantes. Para ello, los diseñadores de tokamak utilizan superconductores de alta temperatura, que conducen la electricidad casi sin resistencia incluso a temperaturas extremas.
Mientras que la mayoría de los reactores utilizan superconductores de baja temperatura que requieren un enfriamiento masivo, EAST emplea óxido de cobre y bario de tierras raras (REBCO). REBCO elimina la necesidad de grandes sistemas criogénicos y mejora la eficiencia energética, algo fundamental para un reactor de fusión que debe producir más energía de la que consume.
Reducir la pérdida de energía es esencial para llevar la fusión al ámbito de la energía limpia y práctica. Cada mejora incremental, como el tokamak ESTE de China, nos acerca a ese objetivo.
