Una técnica olvidada de los años 80 logra generar corriente en un tokamak sin la bobina central

En el tokamak experimental de General Atomics, en San Diego (California), una antena de 1,5 metros instalada en la cara exterior de la cámara lanzó ondas de radio de alta frecuencia al plasma. Esas ondas, llamadas helicón, generaron por sí solas una pequeña parte de la corriente que circula por el interior de la máquina. Es la primera vez que una técnica abandonada en los años 80 funciona en un tokamak.

El problema que intenta resolver es conocido. Casi todos los tokamaks dependen de una gran bobina central que induce la corriente del plasma y que funciona como una batería de carga limitada: cuando se vacía, hay que apagar la máquina para recargarla. En el reactor de General Atomics, donde fluye cerca de un millón de amperios, los pulsos no pasan de unos diez segundos. El ITER, el gran reactor internacional en construcción en Francia, no superará unos 1.000 segundos en su funcionamiento normal, según Bob Pinsker, uno de los autores del estudio. Dentro del ITER la corriente será de millones de amperios.

Jeff Lestz, otro de los autores, explica que un tokamak tiene que trabajar sin interrupciones para ser rentable: encender y apagar el reactor sometería a sus componentes a un estrés repetido que acabaría dañándolos. Según él, así lo indican la mayoría de los estudios de diseño de centrales, que llaman a ese régimen "estado estacionario". Funcionar a pulsos no es necesariamente un impedimento, y el ITER está pensado así, pero la Sociedad Nuclear Estadounidense (ANS) apunta que una central que no se apague podría salir más económica.

El estudio, publicado en Physical Review Letters por físicos de General Atomics con participación del MIT y de la Universidad de California en Irvine, describe el dispositivo. La antena tiene 30 módulos en fila, como las púas de un peine. Cada uno se activa un instante después del anterior, igual que las fichas de un dominó, de modo que la onda recorre el toroide en un solo sentido. Los electrones que viajan a su misma velocidad se suben a ella como un surfista a una ola, y si se mueven en fila en una misma dirección, eso es corriente eléctrica.

Los científicos observaron que el campo magnético del núcleo se reorganizaba mucho antes que en las pruebas sin helicón. Según el estudio, las ondas generaron unos 20.000 amperios en el núcleo del plasma, con un margen de error de 10.000 arriba o abajo. Las simulaciones predecían 21.000.

Pinsker recuerda que en los 80 hubo una oleada de experimentos para demostrar el impulso de corriente con helicón y ninguno, incluido el de su tesis, salió del todo bien. Los pocos que parecieron funcionar, en tokamaks de Japón y Estados Unidos, resultaron deberse a otro tipo de onda. "Todo el que lo intentó en los 80 esperaba, en cierto modo, un milagro", admite, y añade que el problema era no tener un reactor a mano para probarlo. La idea quedó aparcada décadas hasta que la rescató Víktor Vdovin, físico del Instituto Kurchátov de Moscú, que la ofreció a varios proyectos de fusión internacionales hasta llegar a General Atomics. Los nuevos experimentos arrancaron en el verano de 2024.

El resultado es modesto: los 20.000 amperios son apenas un 2% de la corriente total del plasma. Además, solo se midió en el centro del plasma y en plasmas de bajo confinamiento, los que peor retienen el calor. Lestz reconoce que el reactor de prueba no reproduce las condiciones de uno a gran escala. Pinsker admite que ampliarlo exige aumentar bastante la potencia, y que eso no es fácil. Nadie sabe aún si los helicón se impondrán a otras técnicas.