CNA

Centro Nacional de Aceleradores

Stellarator vs Tokamak: ¿Quién ganará la carrera por la Fusión Nuclear?

* Miembros del grupo de Ciencia del Plasma y Tecnología de Fusión del CNA participan en el proyecto Wendelstein 7-X para la obtención de energía limpia e inagotable mediante la Fusión Nuclear.
 
* Estos estudios se basan en el confinamiento de un plasma a millones de grados mediante stellarators.
 
Desde finales de los años 50 se intenta obtener la Fusión Nuclear mediante confinamiento magnético usando principalmente dos configuraciones magnéticas diferentes, tokamaks y stellarators.
 
Los reactores del tipo Tokamak (acrónimo ruso de Cámara Toroidal con Bobinas Magnéticas) son los más extendidos. De hecho, ITER, el reactor de fusión experimental definitivo que debe demostrar la viabilidad científica y tecnológica de la Fusión Nuclear, está basado en el modelo Tokamak.
 
Los reactores del tipo stellarator presentan, sin embargo, ciertas ventajas con respecto a los tokamaks por su estabilidad y control externo absoluto. En los stellarators, el campo magnético usado para el confinamiento del plasma es generado en su totalidad por bobinas externas con complicadas geometrías. En los tokamaks, parte de ese campo magnético es generado por una corriente alterna que se induce en el plasma. Esta corriente neta en el plasma es, sin embargo, el origen de la mayoría de las inestabilidades que se generan en un tokamak y complican su operación.
 
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El proyecto internacional Wendelstein 7-X, en el que participa el grupo del CNA dedicado a la Ciencia del Plasma y Tecnología de Fusión, se basa en un modelo avanzado de stellarator que maximiza la estabilidad macroscópica del plasma.
 
Sistemas similares al stellarator W7-X ya existen en España, concretamente en el Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT. El stellarator TJ-II del CIEMAT tiene un radio de 1,5 metros y confina el plasma con un campo magnético de hasta 1,2 teslas, mientras que el diseño alemán tiene un radio es de 5,5 metros y confina el plasma con campos magnéticos de hasta 3 teslas.
 
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Visualización experimental de líneas de campo sobre una superficie magnética (Nature Communications)
 
Recientes avances en la fusión nuclear así como en la capacidad computacional disponible han permitido el complicado diseño del stellarator W-7X.
 
El estudio, que se ha desarrollado previo a la operación del reactor a su máximo rendimiento, ha sido publicado en Nature Communications, y tal y como nos declara uno de los participantes españoles, el Dr. Manuel García Muñoz del CNA, "esta investigación ha mostrado que las debilidades que se habían detectado previamente en el concepto stellarator han sido abordadas con éxito y que las ventajas intrínsecas del concepto persisten, también en parámetros próximos a los de una futura central de fusión".
 
Los resultados fundamentales de la investigación se han centrado en la obtención de parámetros que verifican la correcta topología de los campos magnéticos para un perfecto funcionamiento del confinamiento, los cuales han permitido demostrar que la complicada y delicada topología magnética puede ser creada y verificada con la precisión requerida. Estos resultados han confirmado que los retos de ingeniería de construcción y montaje del dispositivo, en particular de sus bobinas, con la precisión requerida, se cumplen con éxito.
 
El Centro Nacional de Aceleradores es una ICTS de localización única que forma parte del Mapa de ICTS actualmente vigente, aprobado el 7 de octubre de 2014 por el Consejo de Política Científica, Tecnológica y de Innovación (CPCTI).
 
Referencia bibliográfica:
Confirmation of the topology of the Wendelstein 7-X magnetic field to better than 1:100,000
T. Sunn Pedersen, M. Otte, S. Lazerson, P. Helander, S. Bozhenkov, C. Biedermann, T. Klinger, R.C. Wolf, H.-S. Bosch, The Wendelstein 7-X Team
Nature Communications (1229-1238) (2016)
10.1038/ncomms13493