El Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL, por sus siglas en inglés), dependiente del Departamento de Energía de los Estados Unidos, trabaja en la evaluación de su experimento principal de fusión: el NSTX-U (National Spherical Torus Experiment-Upgrade). Se trata del tokamak esférico más grande de ese país y fue diseñado para convertirse en el más potente de su tipo a nivel mundial.
En el ámbito de la energía de fusión, los investigadores estudian el comportamiento del plasma, el cuarto estado de la materia. El objetivo fundamental de estas investigaciones es desarrollar un nuevo tipo de planta generadora que produzca electricidad de forma estable a partir del calor generado cuando dos átomos pequeños se unen a temperaturas superiores a la superficie del sol.
La importancia de la geometría en el confinamiento
En los sistemas de fusión, la geometría del dispositivo resulta crucial para contener el plasma mediante campos magnéticos. Con el paso de las décadas, la forma de estos aparatos fue evolucionando:
- Forma de ocho: fue el diseño inicial creado por Lyman Spitzer Jr., fundador del PPPL.
- Tokamak convencional: desarrollado en la década de 1960, tiene forma de rosquilla y genera una corriente eléctrica central para crear los campos magnéticos que confinan el plasma.
- Otras variantes: se han construido dispositivos en forma de líneas rectas y estructuras retorcidas.
- Tokamak esférico: se asemeja a una manzana ahuecada o a una rosquilla comprimida cuyo orificio central es sustancialmente más estrecho.
Eficiencia energética y reducción de costos
Los científicos han comprobado que la estructura del tokamak esférico permite confinar la energía del plasma con mayor eficiencia que los modelos tradicionales. Esta particularidad ayuda a alcanzar la temperatura y densidad adecuadas durante el tiempo necesario para lograr una reacción que se autoalimente térmicamente.
Además, los tokamaks esféricos logran contener una presión de plasma elevada en relación con la fuerza del campo magnético aplicado. Este indicador, conocido como beta, representa el aprovechamiento del campo magnético. Debido a que producir campos magnéticos muy intensos resulta costoso en términos de ingeniería, alcanzar un valor alto de beta permite obtener las presiones requeridas con un campo magnético menor, lo que abarata los requerimientos de diseño de las futuras plantas de energía.
Para realizar estas pruebas y determinar la mejor geometría para las centrales del futuro, el núcleo de imanes del NSTX-U fue diseñado para utilizar hasta 4 millones de amperios.