Tokamaks: ¿por qué los científicos alrededor del mundo están experimentando con un "sol artificial"?

Durante los últimos años han estado circulando en los medios diversas noticias sobre “soles artificiales” en la Tierra, que rompen récords de temperaturas tan altas que alcanzan los millones de grados Celsius. Se trata de los tokamaks, una de las soluciones más prometedoras para el futuro energético de la humanidad, según los expertos.

De acuerdo con el Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE), los tokamaks son reactores nucleares experimentales con los que los científicos buscan dominar la fusión nuclear, que es la energía con la que funciona el Sol.

De hecho, creen que una vez la fusión nuclear controlada, funcionará como una fuente limpia e ilimitada que ayudaría en gran medida a disminuir las emisiones, puesto que sería una alternativa “verde”.

Pero, ¿por qué se ha puesto tanta esperanza en estos dispositivos? ¿Son realmente tan prometedores como se cree? ¿No es peligroso replicar la colosal energía del Sol en la Tierra? Hugo Arellano, doctor en física, especializado en física y astrofísica nuclear de la Universidad de Chile, nos resolvió estas dudas.

Tokamaks alrededor del mundo

Estos reactores consisten en una cavidad con forma de neumático, o similar una dona hueca por dentro, miden unos 6 metros de diámetro y pueden confinar mediante campos magnéticos las partículas cargadas en su interior.

“En la cavidad hay hidrógeno de dos tipos: deuterio y tritio, cuyos núcleos al fusionarse liberan millones de veces más energía que cualquier tipo de combustión”, explica el experto. Recordemos que la fusión, es una reacción en la que dos átomos ligeros, como el deuterio y tritio, se unen formando un núcleo más pesado y así liberan partículas de energía.

Pero para lograr esto se necesitan temperaturas extremadamente altas, más de cuatro veces la temperatura del Sol, que son 15 millones de grados Celsius. “De esta forma se emulan en forma artificial condiciones que permiten la vida de las estrellas, irradiando energía en forma de luz y calor hacia el exterior. Es en este sentido donde surge la denominación de “sol artificial””, aclara Arellano.

“Actualmente, todos los tokamaks en el mundo se encuentran en etapa de experimentación. Su aplicación para la generación de energía eléctrica será factible una vez que la energía liberada sea mayor a la inyectada para gatillar el proceso. Además de que este se mantenga estable en el tiempo”, añade.

Por ejemplo, algunos de los récords más recientes en materia de completar el objetivo común de los tokamaks fue el del reactor KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research Reactor), de Corea del Sur, que logró mantener 100 millones de grados Celsius durante 48 segundos. O el WEST, en Francia, que logró menos temperatura, pero la mantuvo por más tiempo, 50 millones de grados Celsius durante 6 minutos.

De acuerdo el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA), al 2024 hay alrededor de 70 tokamaks en funcionamiento en el mundo, pero en total, existen más de 100, algunos en construcción, otros que ya no están operativos y otros que comenzarán dentro de poco a funcionar.

El proyecto más importante en cuanto a fusión nuclear es el International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), que será el tokamak más grande del mundo, construyéndose en el sur de Francia con 35 países colaboradores. “La campaña experimental que se llevará a cabo en el ITER es crucial para avanzar en la ciencia de la fusión y preparar el camino para las centrales eléctricas de fusión del mañana”, dice la web del proyecto.

Otros relevantes son también el Joint European Torus (JET), uno de los más antiguos ubicado en el Reino Unido, que ha sido fundamental en la investigación de la fusión nuclear desde su puesta en marcha en 1983. Y también el Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), que es pionero en el uso de superconductores de alta temperatura para mejorar la confinación del plasma, en China.

¿Por qué la fusión es mejor que la fisión?

La energía nuclear no es tema nuevo, de hecho, sus primeros usos para producir electricidad se remontan a los años 30, pero entonces y a la fecha se utiliza la fisión, que diferente a la fusión, hace que los “núcleos atómicos pesados, tales como el uranio-235, se rompan al ser irradiados por neutrones”.

Este proceso genera enormes cantidades de desechos radioactivos que, de no ser almacenados de forma segura, pueden ser un gran peligro. Mientras que la fusión, no presenta estos problemas y, según Arellano, sería más segura en la práctica.

Recordemos que, la fisión nuclear fue un importante salto para la humanidad y pese a sus peligros, sigue siendo una energía más limpia porque no produce gases de efecto invernadero ni partículas contaminantes, pero tiene una historia oscura en algunos lugares del mundo.

“Los reactores de fusión nuclear nunca podrán causar una catástrofe como las de Chernobyl o Fukushima”, asegura el experto. “Ello porque no hay material radiactivo de larga vida, pesado ni concentrado”.

Aunque agrega que “ciertamente la seguridad en una instalación de este tipo debe ser extrema, como lo es en los grandes aceleradores de partículas que operan en el mundo”.

¿Los tokamaks son el futuro de la humanidad?

Ante la crisis climática actual y la búsqueda de una solución limpia para producir energía, los científicos han puesto todas sus esperanzas en los tokamaks, que podrían liberar a la humanidad de las emisiones cuando, idealmente, se implementen alrededor del mundo para generar energía eléctrica en las ciudades.

Suena utópico, pero la llegada de una energía “limpia e ilimitada” con la fusión nuclear, no está muy lejos de la realidad. “Tal aseveración es en gran medida cierta. Es ilimitada porque los insumos que se requieren, el deuterio y tritio, son abundantes y las cantidades requeridas son bastante moderadas. Es limpia por el proceso mismo, con desechos controlables”, dice Arellano.

Incluso el doctor en física pronosticó que estaríamos relativamente cerca de este futuro, a solo unas décadas. “Con los avances logrados últimamente, en particular los hitos recientes de temperaturas entre 50 y 100 millones de grados Celsius por algunos minutos, podemos hacer una estimación optimista de 10 años para lograr más energía resultante de la fusión que la inyectada para gatillar el proceso”.

“Una vez logrado ese hito, es concebible que habrá una fuerte inversión para la construcción de prototipos comerciales. Si este escenario se da, entonces de aquí al año 2050 pudiéramos ver reactores de fusión en operación”, plantea.

En el caso de Chile, implementar este tipo de energía sería bastante difícil, pero no imposible. “En lo inmediato lo veo poco factible. Los equipos de investigación para el desarrollo de reactores de fusión tipo tokamak son bastante grandes, con infraestructura de alto costo, con investigación de frontera en un tema de alta complejidad”, puntualiza Hugo.

“De ser exitoso, tendrán que pasar un par de generaciones de estos reactores para hacerlos accesibles a economías como la nuestra. Además, será una tecnología novedosa que requerirá de preparación de personal altamente capacitada”, concluye.