Benditos imanes permanentes
Hace aproximadamente tres años, en junio de 2021, se conmemoró un hito en la construcción del reactor experimental de fusión nuclear ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) en Cadarache, Francia. Este hito fue la llegada del solenoide central, un componente esencial para el funcionamiento del reactor. El solenoide central, un imán superconductor de dimensiones colosales, mide 18 metros de altura, tiene un diámetro de 4 metros y pesa 1.000 toneladas. Su función principal es inducir una corriente eléctrica en el plasma contenido en el reactor, además de optimizar su forma, estabilizarlo y contribuir a su calentamiento, elevando su temperatura a más de 150 millones de grados Celsius mediante el Efecto Joule.
Sin embargo, el solenoide central no es el único imán utilizado en ITER. También se emplean imanes superconductores en la parte exterior de la cámara de vacío para generar el campo magnético necesario para confinar el plasma en su interior. Estos imanes, fabricados en aleaciones de niobio y estaño o niobio y titanio, pesan 10.000 toneladas y funcionan a temperaturas criogénicas para mantener su superconductividad.
A pesar de la importancia de los imanes superconductores en los reactores de fusión nuclear, su coste elevado representa un desafío significativo en términos de viabilidad económica. No obstante, investigadores del Laboratorio de Física del Plasma de la Universidad de Princeton han propuesto una alternativa innovadora que podría revolucionar el campo: el uso de imanes permanentes en lugar de dispositivos superconductores.
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En un artículo publicado en el Journal of Plasma Physics, estos investigadores presentan el diseño y la construcción de MUSE, el primer reactor experimental de fusión nuclear de tipo stellarator que emplea imanes permanentes en lugar de superconductores. Los stellarators, una alternativa sólida a los tokamaks tradicionales como ITER o JET, fueron concebidos por el físico estadounidense Lyman Spitzer en la década de 1950 y presentan una geometría más compleja, similar a una rosquilla retorcida sobre sí misma.
La principal diferencia entre los tokamaks y los stellarators radica en el método de generación de campos magnéticos y el confinamiento del plasma. Mientras que en los tokamaks se utiliza una combinación de bobinas y el propio plasma para generar los campos magnéticos, en los stellarators todo se realiza mediante ingeniería y bobinas, sin corriente dentro del plasma. Esta diferencia fundamental ha llevado a que los stellarators sean más complicados de construir y operar que los tokamaks.
El proyecto MUSE representa un avance significativo en la investigación de los stellarators al demostrar la viabilidad de utilizar imanes permanentes en lugar de superconductores. Esta innovación promete reducir drásticamente los costes de construcción y operación de los reactores de fusión nuclear, lo que podría acelerar el progreso en este campo y hacerlo más accesible a nivel mundial.
Si el proyecto MUSE tiene éxito, podría abrir nuevas posibilidades en la investigación de la fusión nuclear y allanar el camino para una futura implementación de esta tecnología en reactores comerciales. Además, esta innovación podría influir en el diseño y la operación de otros tipos de reactores, como los tokamaks, lo que potencialmente beneficiaría proyectos como ITER.
El uso de imanes permanentes en lugar de superconductores en los reactores de fusión nuclear podría representar un cambio paradigmático en el campo, haciendo que esta tecnología sea mucho más económica y viable a largo plazo. Con el potencial de acelerar la llegada de la energía de fusión como una fuente de energía limpia y sostenible, los imanes permanentes podrían convertirse en los nuevos héroes de la fusión nuclear.
