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Artículo publicado el 11 de diciembre de 2015 en Max Planck

El dispositivo de fusión de Greifswald ya está en funcionamiento.

El esfuerzo y la paciencia de los investigadores que trabajan con plasma ha dado sus frutos. El 10 de diciembre, una década después de que se iniciase el montaje del dispositivo de fusión Wendelstein 7-X en el Instituto Max Planck para Física de Plasma (IPP) en Greifswald, los físicos han producido el primer plasma de helio. Tras un año de preparaciones y pruebas técnicas, ha dado comienzo el funcionamiento experimental de acuerdo con el plan. Con el Wendelstein 7-X, el dispositivo de fusión nuclear de tipo estelar más grande del mundo, los investigadores querían demostrar que este tipo de dispositivos son adecuados para su uso como plantas de energía.

Primer plasma en Wendelstein 7-X

Primer plasma en Wendelstein 7-X Crédito: IPP

Tras un periodo de construcción de nueve años y un millón de horas de montaje, el trabajo principal de construcción de Wendelstein 7-X llegó a su fin en abril de 2014. La preparación para el funcionamiento del dispositivo de fusión ha estado en marcha desde entonces. Científicos y técnicos han puesto a prueba todos los componentes; el vacío de las vasijas, el sistema de enfriamiento, las bobinas superconductoras y el campo magnético que producen, el sistema de control, y los dispositivos de calentamiento e instrumentos de medida.

El momento llegó por fin el 10 de diciembre: el equipo de operaciones en la sala de control conectó el campo magnético, en el cual está confinado el plasma de forma que no entre en contacto con las paredes de la cámara de plasma y se enfríe. Posteriormente, se activó el sistema de control dirigido por ordenador del experimento. Alimentó con aproximadamente un miligramo de gas de helio a la vasija de plasma, de la cual se había extraído el aire. El equipo conectó entonces el sistema de calentamiento por microondas durante un pulso corto de 1,8-kilowatts – y pudo observarse el primer plasma gracias a las cámaras instaladas y a los dispositivos de medida.

El primer plasma de hidrógeno, a finales de enero

“Estamos empezando con un plasma producido a partir del gas noble helio. No cambiaremos hacia el objeto real de las pruebas, un plasma de hidrógeno, hasta el año que viene”, explica el jefe del proyecto Thomas Klinger, Director del Instituto Max Planck para Física de Plasma (IPP) y director del proyecto Wendelstein 7-X. “Esto se debe a que es más fácil lograr el estado de plasma con el helio. Además, podemos limpiar la superficie de las vasijas de plasma con plasmas de helio”, añade.

El primer plasma de la máquina duró una décima de segundo, y alcanzó una temperatura de  alrededor de un millón de grados. “Estamos muy satisfechos”, comenta Hans-Stephan Bosch, cuya división es la responsable del manejo de Wendelstein 7-X. “Todo ha ido de acuerdo al plan”.

En las próximas etapas del experimento, los investigadores quieren aumentar la duración de las descargas del plasma e investigar el mejor método para producir y calentar plasmas de helio usando microondas. Tras un parón para Año Nuevo, los estudios de confinamiento se reanudarán en enero, cuando los científicos pondrán a prueba, entre otras cosas, lo bien que queda confinado el plasma de helio en el campo magnético. Con estas pruebas, los científicos prepararán el camino para los primeros experimentos con plasma de hidrógeno, que finalmente se prevé que se fusione para formar helio en los experimentos de fusión.

Contexto

El objetivo de la investigación en fusión es desarrollar una planta de energía ecológica, la cual, como el Sol, aproveche la energía procedente de la fusión de los núcleos atómicos. Dado que la fusión sólo se inicia a temperaturas por encima de los 100 millones de grados, el combustible – un fino plasma de hidrógeno – no debe entrar en contacto con las frías paredes de la vasija. Confinado mediante campos magnéticos, flota casi sin contacto por el interior de una cámara de vacío. Se han establecido dos diseños diferentes para la jaula magnética – el tokamak y el estelar. Ambos tipos de sistema están actualmente en pruebas en el IPP. El Tokamak ASDEX Upgrade está en funcionamiento en Garching y, por el momento, el Wendelstein 7-X de tipo estelar está operativo en Greifswald.

Muchos científicos creen en la actualidad que un tokamak – como el ITER, actualmente en construcción en Cadarache como parte de un proyecto de colaboración mundial – es el único sistema capaz de producir un plasma que suministre energía. El Wendelstein 7-X, el dispositivo de fusión de tipo estelar más grande del mundo, no producirá energía. No obstante, debería demostrar que el tipo estelar también es adecuado para su uso como planta de energía. El uso de Wendelstein 7-X tiene previsto demostrar por primera vez que el tipo estelar puede confinar un plasma igual de bien que un tokamak. Y con descargas de 30 minutos de duración, el tipo estelar debería también demostrar su ventaja clave – la capacidad de funcionar de forma continuada. Por contra, sin la ayuda de complejas medidas suplementarias, los tokamaks sólo pueden funcionar en pulsos.

El montaje de Wendelstein 7-X comenzó en abril de 2005: un anillo de 50 bobinas superconductoras, de alrededor de 3,5 metros de altura, forman el núcleo del dispositivo. Las formas especiales de las bobinas son el resultado de refinados cálculos de optimización llevados a cabo por la división de Teoría de Reactor Estelar del IPP, que pasó unos 10 años buscando una jaula magnética que es particularmente aislante del calor. Las bobinas están unidas sobre una vasija de plasma de acero en forma de anillo, y recubiertas por una capa de acero. En el vacío generado dentro de la cobertura, las bobinas se enfrían a una temperatura de superconducción cercana al cero absoluto usando helio líquido. Una vez conectadas, apenas consumen energía. La jaula magnética creada mantiene 30 metros cúbicos de plasma ultrafino – el objeto de prueba – suspendido dentro de la vasija de plasma.

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