La fusión nuclear podría llegar a ser una fuente abundante de energía no contaminante. Pero controlar el proceso puede ser difícil y los científicos todavía tienen que crear una central de fusión que produzca más energía de la que consume. Ahora, los físicos del MIT afrontan uno de los desafíos tecnológicos, el de utilizar la fusión nuclear como una fuente de energía viable. Han demostrado que los pulsos de las ondas de radiofrecuencia pueden utilizarse para propulsar y calentar plasma dentro de un reactor.

El reactor de fusión en forma de donut del MIT, el Alcator C-Mod, utiliza imanes para confinar hidrógeno dentro de un estado de materia turbulento y con carga eléctrica llamada plasma. Al aportar grandes cantidades de energía al plasma, los físicos pueden iniciar reacciones de fusión que a su vez liberan grandes cantidades de energía. El generador del MIT es demasiado pequeño para generar reacciones de fusión prácticas que generen suficiente energía como para seguir funcionando (lo que se llama quemar plasma). Pero los investigadores están buscando caminos para lograr este estado en reactores grandes, tales como el proyectado Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER).

El desafío es mantener el plasma confinado en rotación estable, con la cantidad justa de turbulencia y las pendientes de temperatura ideales para que siga ardiendo. Tradicionalmente, los físicos controlaban el plasma inyectándole rayos de átomos inertes de gran potencia. El control de la turbulencia y de la temperatura es crítico: cuanto más confinado esté el plasma, el reactor podrá ser más pequeño y se necesitará menos energía.

Los rayos inertes en los reactores actuales, cuando están bien dirigidos, “tienen un momento sustancial y arrastran el plasma con ellos”, explica Earl Marmar, líder del proyecto Alcator del MIT. También “calientan” el plasma, brindando suficiente energía como para iniciar las reacciones de fusión. Marmar prevé que en el futuro la técnica del rayo simplemente no funcionará; podrá impartir suficiente energía pero no suficiente momento.

Los investigadores del MIT, liderados por John Rice y Yijun Lin, demostraron experimentalmente que las ondas de radio, que podrán penetrar plasmas grandes como el del ITER, pueden darle al plasma tanta energía como momento. El grupo del MIT colocó dos antenas poderosas al borde del reactor para lanzarle al plasma dos frecuencias de ondas de radio. Un grupo de ondas está en sintonía con los protones. Cuando estas ondas chocan contra los protones, se calientan. Los protones, a su vez, chocan contra el combustible de isótopo de hidrógeno. El segundo grupo de ondas está en sintonía con los isótopos livianos de helio que el grupo del MIT agrega a la mezcla. Estas ondas chocan contra el helio, imparten su momento a los isótopos y empujan al resto del plasma. Estos experimentos se describieron la semana pasada en la publicación Physical Review Letters.

Marmar comenta que “hace mucho tiempo que las personas están pensando en hacer esto, pero los resultados nunca fueron concluyentes”. Dice que la clave del éxito del grupo del MIT con las ondas de radio fue el desarrollo de métodos más efectivos para monitorizar el plasma. Marmar sostiene que: “la mayoría del tiempo, los físicos hacen las mediciones utilizando los mismos rayos neutrales que se utilizan para dirigir el flujo”. El grupo del MIT rastrea el flujo de su plasma introduciendo impurezas que puede observar mediante espectroscopia de rayos X.

Wayne Houlberg, un científico del Departamento de Tecnología y Ciencia de la Fusión del ITER, cree que el trabajo del grupo del MIT es interesante pero que todavía se halla en sus etapas iniciales. Dice que “llevará tiempo evaluar su aplicabilidad a las condiciones que esperamos del ITER”.

El reactor del MIT ahora está apagado por mantenimiento. Realizar estos experimentos es tan complejo y costoso que los reactores como el del MIT generalmente funcionan entre tres y cuatro meses por año. Rice dice que cuando los experimentos empiecen de nuevo, sus colegas y él trabajarán en ajustar la sintonía de las ondas de radio para controlar el plasma. “A la larga, uno quisiera controlar la forma de la rotación”, agrega Rice. Por ejemplo, tal vez sea mejor que rote más rápidamente el plasma del centro que el de los bordes, o viceversa.

Las centrales viables de energía de fusión están a décadas de distancia. Además de confrontar obstáculos tecnológicos y científicos, los investigadores de la fusión han visto sus fondos congelados. Este año, Estados Unidos iba a aumentar significativamente el apoyo financiero al ITER, pero la ley no se ha aprobado en el Congreso. “Nunca estamos seguros de cuál será nuestro presupuesto. Queremos lo mejor para ITER, pero la financiación está a la espera”, concluye Marmar.