Corea del Sur ha alcanzado uno de los resultados más importantes de la historia reciente de KSTAR, su reactor experimental de fusión nuclear. La máquina consiguió mantener plasma en modo de alto confinamiento durante 102 segundos y sostener una temperatura de 100 millones de grados Celsius durante 48 segundos.
Conviene separar ambas cifras. Los 102 segundos corresponden al tiempo durante el cual el plasma permaneció en H-mode, un régimen de alto confinamiento que mejora su capacidad para retener energía. Los 48 segundos, en cambio, indican cuánto tiempo se mantuvo simultáneamente la temperatura iónica cercana a los 100 millones de grados.
Según informó DongA Science a partir de los datos del Instituto Coreano de Energía de Fusión, KSTAR alcanzó esas marcas en febrero de 2024. Por tanto, no se trata estrictamente de un récord conseguido ahora, aunque continúa siendo uno de los principales puntos de referencia de la máquina mientras Corea del Sur prepara campañas más exigentes con tungsteno.
KSTAR necesita algo más que alcanzar temperaturas extremas
La fusión nuclear busca reproducir en la Tierra el proceso que alimenta al Sol y a otras estrellas. En un reactor como KSTAR, los investigadores calientan isótopos ligeros de hidrógeno hasta convertirlos en plasma, un estado en el que los electrones quedan separados de los núcleos.
Para que esos núcleos puedan acercarse lo suficiente y fusionarse, necesitan adquirir una enorme energía cinética. De ahí que los reactores experimentales trabajen con temperaturas de decenas o cientos de millones de grados.
Sin embargo, calentar el plasma es solo una parte del problema. También hay que impedir que toque las paredes del reactor, mantenerlo estable, controlar sus turbulencias y evacuar el calor y las impurezas que se acumulan durante la operación.
KSTAR utiliza campos magnéticos generados por imanes superconductores para mantener el plasma suspendido dentro de una cámara con forma de rosquilla. Según explica DongA Science, fue además el primer dispositivo construido con el mismo tipo de material superconductor empleado en ITER, el gran reactor experimental internacional que se construye en Francia.
El H-mode resulta especialmente importante porque crea una barrera en el borde del plasma que reduce la pérdida de energía. Esta mejora del confinamiento permite alcanzar condiciones más próximas a las que necesitaría una central de fusión, aunque también puede provocar inestabilidades capaces de lanzar grandes cantidades de energía contra las paredes.
El nuevo escudo de tungsteno ha cambiado lo que KSTAR puede soportar
Uno de los elementos centrales de esta mejora es el divertor, una estructura instalada en la parte inferior de la cámara de vacío. Su función es recibir partículas y calor procedentes del borde del plasma, extraer impurezas y ayudar a eliminar los residuos producidos durante los experimentos.
KSTAR utilizaba originalmente un divertor de carbono, pero el incremento de la temperatura y la duración de las descargas terminó acercándolo a sus límites. Según informó el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología de Corea del Sur, el nuevo sistema está compuesto por 64 casetes fabricados con bloques de tungsteno que rodean la parte inferior de la cámara.
El tungsteno tiene el punto de fusión más alto entre los metales puros y se erosiona menos que otros materiales cuando recibe el impacto de las partículas del plasma. De acuerdo con la misma institución surcoreana, el cambio permitió elevar la capacidad del divertor hasta unos 10 megavatios por metro cuadrado, más del doble de lo que podía soportar la versión anterior de carbono.
Eso no significa que el tungsteno sea una solución sencilla. Según explica DongA Science, las partículas que se desprenden del material pueden penetrar en el plasma, enfriarlo y perjudicar su rendimiento. Por ese motivo, los investigadores están estudiando técnicas de calentamiento, inyección de combustible y control mediante inteligencia artificial para detectar y limitar esas impurezas.
El objetivo de los 300 segundos sigue siendo la verdadera prueba
El siguiente gran objetivo de KSTAR es sostener plasma por encima de los 100 millones de grados durante 300 segundos. Son cinco minutos que pueden parecer poco frente a las horas de funcionamiento esperadas en una central eléctrica, pero representan un salto considerable para un experimento de estas características.
Según indicó el Instituto Coreano de Energía de Fusión en la información reproducida por Phys.org, el nuevo divertor fue diseñado precisamente para respaldar operaciones prolongadas y permitir que KSTAR persiga esa meta.
Llegar a 300 segundos no sería únicamente una cuestión de resistencia de los materiales. El sistema tendría que mantener el plasma estable, limitar las pérdidas de energía, controlar las impurezas del tungsteno y evacuar una cantidad constante de calor sin interrumpir la descarga.
La investigación también proporcionará datos útiles para ITER y para los futuros reactores de demostración. Los dispositivos comerciales tendrán que funcionar con materiales metálicos similares, por lo que comprender el comportamiento del tungsteno bajo condiciones reales de plasma es una de las tareas más importantes del programa.
El récord todavía no equivale a producir electricidad por fusión
El avance invita al optimismo, pero no debe confundirse con una central eléctrica operativa. KSTAR es un reactor experimental dedicado a estudiar la física del plasma. No está diseñado para generar electricidad ni utiliza todavía una mezcla de combustible capaz de producir energía de forma comercial.
Tampoco ha demostrado una ganancia energética neta. Para alcanzar ese punto, un reactor tendría que liberar mediante las reacciones de fusión más energía de la que consume el conjunto de sistemas que calientan, confinan, refrigeran y controlan el plasma.
Lo que KSTAR sí ha logrado es avanzar en otra condición indispensable: mantener durante más tiempo un plasma caliente y bien confinado dentro de un entorno metálico parecido al que deberán utilizar las futuras instalaciones.
Los 102 segundos en H-mode y los 48 segundos a 100 millones de grados no resuelven la fusión nuclear. Pero muestran que Corea del Sur está aprendiendo a controlar durante periodos cada vez más largos uno de los estados de la materia más difíciles de manejar del planeta.
