El Centro Suizo de Plasma de la EPFL es una fuerza líder en la investigación de la fusión nuclear y utiliza un reactor tokamak único para estudiar el comportamiento del plasma. Su trabajo tiene como objetivo generar electricidad sostenible y libre de carbono mediante fusión, eliminando las preocupaciones a largo plazo sobre los desechos radiactivos. Crédito: EPFL
EPFL puso en marcha un reactor tokamak de configuración variable en 1992. Hoy en día, EPFL es un instituto líder en investigación de fusión nuclear, cuyo objetivo es replicar en la Tierra las reacciones que ocurren en las estrellas.
Mucho antes de la crisis energética y las alarmas sobre el cambio climático, EPFL ya buscaba una fuente de energía limpia, segura y potencialmente inagotable. La Escuela abrió el Laboratorio de Física del Plasma (hoy Centro Suizo del Plasma) en 1961 y puso en marcha un reactor tokamak de configuración variable en 1992. Hoy en día, la EPFL es un instituto de investigación líder en fusión nuclear, con el objetivo de replicar en la Tierra las reacciones que tienen lugar. lugar en las estrellas.
Fusión: alimentando las estrellas
El intenso calor y la presión dentro de las estrellas, como el Sol, hacen que los pares de átomos, especialmente los átomos de hidrógeno, se peguen o se “fusionen”. Cuando estos núcleos ligeros se fusionan en un núcleo más pesado, algo de masa se pierde y se convierte en una enorme cantidad de energía, siguiendo la famosa fórmula de Einstein, E=mc2. Este proceso de fusión es lo que alimenta las estrellas y libera una increíble cantidad de energía al universo.
Dentro de la cámara EPFL TCV (tokamak de configuración variable). Crédito: EPFL/Alain Herzog
Los científicos ya son capaces de producir reacciones de fusión nuclear en la Tierra. El desafío actual que enfrentan los investigadores de todo el mundo es mantener continuamente estas reacciones de fusión y aprovechar la energía liberada de manera eficiente y controlada para generar electricidad. En la EPFL, los ingenieros optaron por estudiar un método que implica el uso de un reactor de confinamiento magnético en forma de toro, llamado tokamak. En este enfoque, el gas deuterio, un isótopo del hidrógeno, se calienta a 100 millones de grados Celsius para convertirlo en plasma e inducir colisiones altamente energéticas entre núcleos de deuterio. Los campos magnéticos del tokamak suspenden el plasma en el centro de la cámara de vacío y lejos de la pared interior del dispositivo.
Centro Suizo de Plasma: líder europeo en investigación sobre fusión
El Centro Suizo de Plasma, que ahora cuenta con un equipo de alrededor de 200 investigadores y estudiantes, lanzó hace 30 años su propio tokamak de configuración variable. Debido a su diseño único, este reactor experimental se ha convertido en una de las instalaciones de investigación de fusión nuclear más importantes de Europa.
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«Construimos el reactor incluso antes de que existiera Internet, y su núcleo sigue siendo el mismo», dice Basil Duval, un científico experimentado que trabaja en los sistemas de medición del tokamak. Señala que la investigación llevada a cabo en el Centro Suizo de Plasma es conocida internacionalmente, en parte por su contribución al proyecto del Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER) y en parte porque los hallazgos son valiosos para toda la comunidad de investigación de la fusión nuclear. . “Para un país del tamaño de Suiza, tener una instalación experimental de este calibre es realmente extraordinario”, afirma Duval.
Para celebrar el 30º aniversario de su tokamak, Swiss Plasma recibirá en septiembre a representantes del consorcio EUROfusion. Este consorcio está detrás de una serie de iniciativas de fusión nuclear, incluido el avance de la base física del ITER y la optimización de sus posibilidades de éxito mediante la experimentación en instalaciones como el tokamak TCV. Ambrogio Fasoli, director del Centro Suizo de Plasma, es también presidente de EUROfusion y acaba de ser nombrado director de programa del consorcio. “Nuestro trabajo en el Centro Suizo de Plasma durante los últimos 30 años ha proporcionado información importante sobre el comportamiento del plasma. TCV juega un papel vital en este esfuerzo. Las recientes actualizaciones de su infraestructura han ampliado nuestra capacidad para investigar cuestiones clave para ITER, DEMO y futuros reactores de fusión. Los desafíos que tenemos por delante son sustanciales, pero estamos bien posicionados para hacer contribuciones significativas al desarrollo de la energía de fusión como un componente crítico de la futura combinación energética global”, afirma.
Un plasma dentro del tokamak TCV. Crédito: © Curdin Wüthrich/SPC/EPFL
El exclusivo enfoque Tokamak de la EPFL
Debido a que el tokamak de EPFL es un reactor de “configuración variable”, los científicos pueden usarlo para observar cómo los cambios en la configuración del plasma afectan las propiedades del plasma (como la temperatura y la calidad del confinamiento) y estudiar nuevas configuraciones del plasma. También se puede utilizar para evaluar diferentes configuraciones de desviadores, dispositivos utilizados para controlar la liberación de energía del núcleo del reactor. Su papel es fundamental para poder sostener el plasma durante largos periodos sin dañar el reactor, y los ingenieros todavía están trabajando para optimizar su diseño. El Centro Suizo de Plasma se asoció recientemente con Google DeepMind para desarrollar un nuevo método de control magnético para plasmas, basado en el aprendizaje por refuerzo profundo, y lo aplicó con éxito a configuraciones de plasma del mundo real en el tokamak TCV por primera vez.
Como todos los tokamak, el tokamak EPFL tiene una cámara de vacío donde el gas se transforma en plasma. Esta cámara está rodeada de campos magnéticos toroidales (en forma de toro), creados por grandes bobinas magnéticas, que evitan que el plasma toque la pared interior de la cámara. Además, hay una columna central con bobinas óhmicas que mantienen la estabilidad del plasma y un campo poloidal que da forma a la configuración del plasma. Todo el reactor está equipado con un sistema de calentamiento que utiliza microondas e inyección de partículas calientes, complementado con una amplia gama de instrumentos que miden la temperatura, la densidad, la radiación, las fluctuaciones en la configuración del plasma y otros parámetros vitales.
En futuras plantas de energía de fusión, el calor generado por las reacciones de fusión en plasma alimentará turbinas (similares a los reactores de fisión nuclear actuales) y producirá cantidades sustanciales de electricidad de base confiable. Este proceso será sostenible y libre de carbono, sin generar residuos radiactivos de larga duración.
