En el mundo de los científicos vinculados con la energía hay una broma recurrente que dice: «La fusión nuclear está a solo 30 años de distancia… y siempre lo estará». Un chiste que refleja claramente que el reto ha sido más de ingeniería a escala y sistemas integrados que de física pura. Llevamos décadas escuchando que el próximo gran avance está a la vuelta de la esquina, que imitar el proceso que alimenta al Sol será la solución definitiva a nuestros problemas energéticos. Y, sin embargo, la fusión sigue siendo esa tecnología prometedora que nunca acaba de llegar.
Pero algo está cambiando. En los últimos años, el ritmo de los avances se ha acelerado. No solo en lo que a megaproyectos se refiere, ahora también hay iniciativas más modestas, más ágiles y, sobre todo, más innovadoras. Una de ellas está en Sevilla. Allí, en el campus de la Universidad, hay una máquina que parece sacada de una película de ciencia ficción. Se llama SMART, que son las siglas de Small Aspect Ratio Tokamak. Es un reactor de fusión nuclear compacto, esférico y con una forma de dibujar el plasma que es justo la contraria de la que usan el resto de los reactores del planeta. Si los ingenieros sevillanos aciertan, este pequeño gran proyecto podría acelerar la llegada de la energía de fusión comercial más de lo que nadie espera.
¿Qué es un tokamak y por qué el de Sevilla es diferente?
La mayoría ni entendemos la broma de la que hablábamos al principio ni tenemos del todo claro cómo funciona un reactor de fusión. Por eso, el primer paso es para entender el gran proyecto que están llevando a cabo en Sevilla es saber cómo funcionan. La idea es sencilla sobre el papel y casi un imposible en la práctica. Por naturaleza, los núcleos de los átomos se repelen entre sí con una fuerza enorme. Para romper esa barrera y lograr que se fusionen, es necesario calentar un gas hasta transformarlo en plasma, un estado de la materia extremadamente activo. El requisito físico es extremo: necesitamos alcanzar unos 100 millones de grados. Solo a esa temperatura de locura los núcleos se mueven tan rápido que chocan, se unen y liberan un torrente de energía limpia.
El problema es que ningún material conocido puede soportar esa temperatura. Por eso, se usa un campo magnético para confinar el plasma dentro de una cámara sin que toque las paredes. La forma más común de conseguir ese campo magnético es con un tokamak, un dispositivo con forma de dónut. Dentro de ese dónut magnético, el plasma gira y gira mientras se calienta. El tokamak más famoso del mundo es el ITER, que se está construyendo en Francia y es una mole inabarcable, del tamaño de un campo de fútbol.
El reactor de Sevilla, en cambio, es pequeño. Y no solo es pequeño, sino que no tiene la forma habitual. En lugar de ser una cámara grande con un agujero central pequeño, el SMART es un tokamak esférico, lo que le da un aspecto más de manzana que de dónut. Esta geometría permite generar campos magnéticos más intensos con menos energía, lo que hace que el reactor sea potencialmente más eficiente y barato.
El plasma al revés
La verdadera innovación del SMART no es solo su forma, sino la manera en que dibuja el plasma en su interior. El SMART es el primer tokamak del mundo diseñado específicamente para explorar plasmas con «triangularidad negativa». Traducción: en casi todos los tokamaks del mundo, se usa la triangularidad positiva, el plasma tiene forma de triángulo con la punta apuntando hacia la parte exterior de la cámara. El SMART hace justo lo contrario. Usa la triangularidad negativa, es decir, el plasma tiene una forma de triángulo invertido, con la punta apuntando hacia el centro de la cámara
¿Y por qué es esto tan revolucionario? Porque los experimentos en otros reactores, aunque muy limitados, han demostrado que la triangularidad negativa suprime casi por completo unas micro-inestabilidades que se dan en el borde del plasma, llamadas «modos localizados de borde». Además, la triangularidad negativa mejora el confinamiento del plasma y, crucialmente, reduce la carga de calor sobre los materiales de la primera pared. Esto significa que las paredes del reactor sufrirían menos y durarían más, un requisito indispensable para que una planta de fusión sea económicamente viable.
Cien millones de grados: la frontera que SMART quiere cruzar en Sevilla
El objetivo final de SMART es lograr que el reactor funcione por sí solo. Para conseguir esta fusión autosostenida, el equipo tiene que alcanzar la temperatura de ignición: unos asombrosos 100 millones de grados. Suena increíble si pensamos que el centro del Sol se queda en «apenas» 15 millones. ¿Por qué necesitamos tanta potencia? Básicamente porque no somos una estrella. Al no tener la brutal presión gravitatoria del Sol para estrujar los átomos, los reactores terrestres tienen que compensarlo a base de puro calor. El reactor sevillano ya ha dado sus primeros pasos. En sus fases iniciales, ha demostrado que puede generar y confinar plasma a millones de grados.
El siguiente paso consiste en ir subiendo la temperatura poco a poco y sumar sistemas de calentamiento más potentes, como los haces de partículas neutras o la radiofrecuencia. Para lograrlo, la Universidad de Sevilla ha unido fuerzas con la Universidad de Princeton (EE.UU.) y, en concreto, con su prestigioso laboratorio de plasma, el PPPL. Desde allí, los investigadores estadounidenses aportan toda su experiencia en tokamaks esféricos (gracias a su reactor NSTX-U) y, lo más importante, unos potentes simuladores que permiten entender y anticipar cómo se va a comportar el plasma.
Fusión para todos: el sueño de los reactores compactos
El SMART no es solo un experimento académico. Forma parte de una estrategia más amplia llamada Fusion2Grid, que busca sentar las bases para diseñar plantas de fusión compactas que un día puedan conectarse a la red eléctrica. Si la triangularidad negativa funciona como esperan los investigadores, los futuros reactores podrían ser mucho más pequeños, baratos y rápidos de construir. En lugar de esperar a 2050 para ver el primer reactor comercial (la fecha que se maneja para los sucesores del ITER), Sevilla podría acelerar ese calendario en una década o más.
El SMART es un dispositivo experimental, y aún queda mucho trabajo por delante. Los 100 millones de grados no se alcanzarán de la noche a la mañana. Los sistemas de calentamiento y diagnóstico son complejos y caros. Y la transición de un plasma estable a uno que produce más energía de la que consume es un salto gigantesco que ningún reactor ha logrado dar en la Tierra. Pero lo que hace especial al SMART es que está diseñado para fallar rápido y aprender rápido. Al ser pequeño y manejable, los investigadores sevillanos pueden realizar decenas de experimentos al año, modificar parámetros, probar configuraciones, y descartar las que no funcionan.
