Imagen panorámica del W7-XUn prototipo de reactor nuclear de fusión toroidal, el Wendelstein 7-X del Instituto Max Planck, ha recibido luz verde de la regulación nuclear alemana para iniciar las pruebas prácticas este mes. El W7-X es un reactor de tipo Stellarator, que usa una tecnología incómoda y muy difícil de montar; si se consigue que funcione de forma estable y productiva -es decir, que genere más energía que la que consume- podría representar una nueva generación de plantas nucleares mucho más avanzadas.

Los reactores de fusión (en los cuales los átomos se unen liberando energía) tienen muchas ventajas sobre los tradicionales de fisión (que rompen átomos para obtener energía). Por un lado, la cantidad de energía obtenida por la fusión del hidrógeno es tremenda, como ya sabemos desde las pruebas de bombas -primero atómicas, luego nucleares-. Además, no deja residuos radiactivos: el subproducto sería helio, por ejemplo (cabe puntualizar que en las inmediaciones de la vasija del reactor sí habría radiación, pero poca en comparación con una instalación de fisión). En caso de fallo, no se genera una reacción en cadena, simplemente se apaga. Y por supuesto el combustible no es un elemento radiactivo y caro: usan deuterio, tritio o helio-3.

El problema de estos reactores es que para iniciar el proceso requieren elevar el gas a una temperatura de cien millones de grados Celsius, arrancando los electrones de sus órbitas y aumentando de tal manera la velocidad que las partículas chocan superando la natural repulsión que tienen los protones del núcleo, de igual carga eléctrica. Pero con un calor siete veces mayor que el del núcleo solar, es difícil encontrar un tanque contenedor; de hecho no es posible; en cambio, se utilizan campos electromagnéticos para contener el plasma ardiente. Si hacemos un bobinado alrededor de un tubo, obtenemos un campo magnético; cerrando el tubo en forma de donut, evitamos que se escape el relleno de plasma por los lados (de ahí su forma toroidal). Actualmente hay dos tecnologías que usan este sistema: los reactores tipo Tokamak y los Stellarator. Ambos son sistemas no comerciales, ya que no son rentables por su complejidad y la dificultad que tienen para un uso continuado.

El tokamak del ITEREl Tokamak es un diseño soviético de los años ’50, y actualmente el más usado. Consiste en una bobina que genera un potente campo magnético helicoidal en el cual se confina al vacío una cantidad de hidrógeno, y el gas es calentado mediante descargas hasta convertirlo en plasma y hacerlo circular por el donut, y además aportarle un giro extra a las partículas para que no choquen contra las paredes exteriores del tubo, donde el campo es algo más débil.. El diseño tokamak es muy eficiente a la hora de contener el plasma, pero tiene un fallo: el transformador usado para generar los pulsos de corriente no es práctico, y el gas se desvía en ocasiones dañando el interior de la vasija. Sin embargo se han diseñado nuevas estructuras muy prometedoras, como el reactor ITER (su interior se ve en la foto a la derecha) liderado por la UE y con Estados Unidos, China, Rusia, Japón y Corea del Sur como socios. ITER costará unos 16.000 millones de euros y se supone que estará funcionando para el 2025-40.

Esquema simplificado de las modulaciones del campo magnético en el interior de un StellaratorEn cambio, el Stellarator utiliza electroimanes externos al anillo refrigerados con helio líquido casi al cero absoluto para provocar la compensación de giro de las partículas; el campo es continuo, sin interrupciones. Los diseños originales se han ido optimizando mediante nuevas configuraciones del campo contenedor, con imanes cuyo modelado y cálculo sólo puede hacerse mediante ordenadores: por lo tanto, hasta principios de los noventa, el tema era puramente teórico. Estas configuraciones óptimas le dan un aspecto horrible al cacharro, que parece una nave espacial de película de los ochenta -cuando las hacían juntando trozos de maquetas de aviones y tanques.

interior-stellaratorEl proyecto del W7-X es anterior a la reunificación alemana: el prototipo se construyó en Garching, cerca de Munich, entre 1988 y 2002. Luego se desplazó el proyecto a Greifswald, al norte de Berlín (ya sé que suena a castillo siniestro del tipo Wolfenstein, pero es una tranquila ciudad universitaria que supo esquivar bien los bombardeos aliados en la segunda guerra mundial). Al principio de la crisis estuvo a punto de cerrar, pero en 2008 y con un presupuesto de mil millones de euros la situación mejoró. Al fin en 2014 empezaron los test y ahora, tras 17 años de desarrollo, se planea arrancar el reactor a finales de noviembre. Por lo visto las pruebas dan como resultado un campo de contención estable, que es la clave para tiempos prolongados de circulación de plasma.

Estos nuevos sistemas podrían ser -unidos a los actualmente poco eficientes generadores de energías alternativas- el golpe definitivo al uso de combustibles fósiles, y algo más importante: el incremento de la capacidad energética global, que es uno de los marcadores y limitadores de la tecnología humana.

Twisted logic, en Science