Investigador Germán Vogel y estudiante Catalina Vásquez realizan inédita operación remota de reactor experimental de fusión nuclear Tokamak Golem en Praga
Germán Vogel y Catalina Vásquez realizando experimento remoto desde el Instituto de Física
A finales del mes de enero se realizó en las instalaciones del Instituto de Física una sesión experimental remota operando el Tokamak Golem, un reactor de fusión nuclear alojado en la Universidad Técnica Checa de Praga. La instancia estuvo a cargo del profesor Germán Vogel, apoyado de Catalina Vásquez, alumna de pregrado. La manipulación de un tokamak desde Chile es un hito, ya que permite a la comunidad de científicos y estudiantes acceso a equipamiento crítico para la generación de energía a partir de fusión nuclear.
La gran ventaja de esta experiencia fue que el equipo tuvo acceso a programar los parámetros fundamentales de la instalación: “Existen otros reactores en el mundo que son más grades en los que tú puedes solicitar datos o que se generen descargas con plasmas a ciertas temperaturas, pero tienes un número muy limitado de parámetros que se pueden modificar. En el caso de nuestro trabajo con Golem, tuvimos la posibilidad de experimentar con cuatro variables: el gas que inyectamos como medio dentro del reactor; la intensidad del campo magnético que rodea la cámara donde se encuentra el plasma; la intensidad de la corriente que circula por el plasma y la presión en el interior de la cámara. Esta sesión experimental remota se trató de ir combinando y optimizando en tiempo real, desde nuestros computadores y a miles de kilómetros de distancia, estos cuatro parámetros, para obtener los mejores resultados experimentales posibles. Este tipo de experiencias permite que los estudiantes puedan entender mejor cómo funciona un tokamak real, en el que los resultados son escalables a reactores más grandes”, explica Germán Vogel.
¿Qué es un Tokamak?
El tokamak es una instalación experimental de forma toroidal (similar a una dona) rodeado de bobinas magnéticas. Desde la década de los 70 la comunidad científica internacional los ha utilizado en su afán de imitar la forma en que las estrellas generan energía, a través de la fusión de átomos de hidrógeno reemplazando la presión gravitatoria del sol por campos magnéticos y una temperatura mayor a su núcleo.
El fin último es obtener energía de forma segura, limpia y sostenible.
“Me quise dedicar desde un principio al área de Física del Plasma porque la fusión nuclear me parecía apasionante. Me llamaba la atención que desarrollando conocimiento y tecnología fuera posible, en el futuro, obtener una fuente inagotable de energía que proviniera de un recurso natural abundante, accesible para toda la humanidad. Ya de estudiante quería contribuir a la comunidad internacional y los tokamaks son las instalaciones que tienen mejor pronóstico de lograr la fusión nuclear y donde se ha concentrado el capital humano y de investigación durante los últimos años”, reflexiona el investigador Germán Vogel.
¿Cómo funciona un tokamak?
En el interior de la cámara del tokamak se inyecta un gas neutro liviano, como hidrógeno o helio. Al aplicar calor y presión sobre él, el gas cambia de estado y se transforma en un plasma.
¿Cómo se confina el plasma en el experimento?
Un tokamak funciona de forma similar a un rayo en una tormenta eléctrica. En la naturaleza, cuando se genera una diferencia de potencial de ionización, la corriente busca un medio transportarse. Entonces utiliza el aire, transformándolo en plasma momentáneamente, generando en ese momento una descarga visible para los humanos. En el tokamak, sin embargo, esa descarga es atrapada y sostenida en el tiempo.
El plasma es un buen conductor eléctrico. Por lo tanto, en el experimento, se induce la circulación de corriente y se generan campos magnéticos alrededor de la cámara donde está el plasma. La configuración llega a un punto crítico donde se induce una descarga hacia el interior y la corriente usa el plasma como medio para circular. En ese momento el plasma es ionizado y deja de ser neutro, por lo que responde a campos magnéticos y eléctricos, quedando confinado.
¿Qué sucede con el plasma?
Este se calienta. Más aun, experimentalmente es posible inyectar otras fuentes de calentamiento como microondas o haces de partículas neutras que potencian el aumento de su temperatura.
En el experimento, al aumentar la temperatura, la presión y la densidad sobre el plasma, por el mayor tiempo posible, aumenta la probabilidad de que los núcleos atómicos del gas original se fusionen, liberando una gran cantidad de energía.
“Si el sistema es más denso y mantienes esa condición en el tiempo, es más probable que surjan estas interacciones. La fusión nuclear viene de cada una de estas uniones de núcleos atómicos del gas original, que, al liberar energía, también salen despedidos neutrones y partículas alfa (núcleos de helio). Estas últimas son importantes porque, al ser partículas cargadas, quedan confinadas en el plasma, potenciando su calentamiento, al grado que generando el suficiente número de reacciones de fusión, el sistema comienza a funcionar solo”, explica el experto.
“Junto al profesor nos preparamos por meses, haciendo ensayos preliminares. Con esos datos fue posible interpretar los resultados y crear nuestra fórmula para mejorar las descargas, maximizando la probabilidad de que exista fusión nuclear al correr el experimento. Ahora, lo que queremos hacer es ver cómo podemos optimizarlo, cambiando los parámetros básicos, como la intensidad del campo magnético de la bobina toroidal que confina el plasma, para aumentar el tiempo de confinamiento” explica la alumna Catalina Vásquez.
¿Cuál es el impacto de participar en la experimentación remota con Golem?
Existen en torno a 70 tokamaks en el mundo, pero solo hay un par en Sudamérica, por lo que acceder a trabajar en una de estas instalaciones experimentales es una gran oportunidad para los académicos y sus estudiantes.
“Durante mi carrera uno encuentras naturalmente comentarios de personas escépticas, que creen que la fusión nuclear no tiene potencial, o que está llegando tarde. Es cierto que estos desarrollos científicos han tomado décadas, pero los fundamentos físicos están ya muy maduros, y somos los científicos los que tenemos que desarrollar la tecnología y el entendimiento de esta energía que proviene de la naturaleza. A mí me mueve formar parte activamente de este desafío, colaborar y contribuir con la esperanza de generar una fuente de energía prácticamente inagotable”, concluye el investigador.
Revisa acá el video de la sesión experimental remota en el Tokamak Golem.
