El Sol Artificial de China ha logrado un avance histórico que los científicos de fusión nuclear consideraban imposible. En el tokamak superconductivo Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) ubicado en Hefei, los investigadores lograron aumentar la densidad del plasma a niveles muy superiores al límite de seguridad establecido, manteniendo su estabilidad.
Rompiendo el límite tradicional de densidad en tokamaks
Según un estudio reciente y comunicados oficiales de la Academia China de Ciencias, el equipo de científicos alcanzó un régimen de «densidad libre», teorizado desde hace tiempo, que podría permitir a futuros reactores producir más energía a partir del mismo combustible.
La densidad del plasma se refiere a la cantidad de partículas de combustible de fusión presentes dentro del reactor simultáneamente. En la fusión de deuterio y tritio, el combustible debe alcanzar una temperatura cercana a 150 millones de grados, y el poder de fusión incrementa aproximadamente con el cuadrado de la densidad del plasma.
Por eso, saber cómo aumentar esta densidad de forma segura, sin dañar las paredes del reactor o provocar inestabilidades, es crucial para los objetivos energéticos futuros y la reducción de costes eléctricos.
La mayoría de los tokamaks, incluido EAST, se han visto limitados por el llamado límite de densidad Greenwald. Cuando la densidad supera ese umbral, el plasma suele volverse inestable, escapando de la jaula magnética y dañando las paredes internas, lo que termina con la pulsación de forma violenta.
Durante años, este límite fue una barrera de rendimiento. EAST operaba normalmente entre el 80% y el 100% de este límite, y otros dispositivos seguían criterios similares. Intentar superar este límite hacía que el plasma se enfriara y se contaminará con impurezas, provocando fallas.
Nueva técnica para alcanzar la densidad libre sin inestabilidades
El equipo liderado por el físico Jiaxing Liu y el profesor Ping Zhu, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, junto con el profesor asociado Ning Yan de los Institutos de Ciencias Físicas de Hefei, ha replanteado cómo iniciar cada pulso de plasma.
Primero, precargaron la cámara con un gas de deuterio a presión relativamente alta. Luego, combinaron el calentamiento estándar Ohmico con el calentamiento por microondas de resonancia ciclotrón electrónico, un método potente que facilita una mejor entrada en plasma.
Al ajustar cuidadosamente estos primeros pasos, pudieron controlar el contacto del gas supercaliente con las placas de divertor recubiertas de tungsteno, que absorben el calor residual. Esto redujo la cantidad de material de las paredes que contaminaba el plasma y minimizó la pérdida de energía, permitiendo aumentar la densidad significativamente sin activar las alarmas de inestabilidad habituales.
En números, EAST alcanzó densidades promedio de electrones entre 1,3 y 1,65 veces el límite Greenwald, superando ampliamente su rango habitual de 0,8 a 1,0. Lo más importante, el plasma se mantuvo estable en este estado ultra denso, algo inesperado según experiencias previas.
Un respaldo clave a la teoría de autoorganización plasma-pared
Estos resultados no solo batieron un récord, sino que también confirman una idea novedosa en la física de la fusión: la autoorganización entre plasma y pared. Esta teoría, desarrollada por el investigador Dominique Franck Escande y su equipo en el Centro Nacional Francés de Investigación Científica y la Universidad Aix-Marsella, plantea que al alcanzar un equilibrio preciso entre plasma y el metal de la pared, aparece un nuevo régimen “libre de densidad”.
En este estado, aunque la pared sigue erosionándose y emitiendo impurezas, estas ya no provocan el enfriamiento descontrolado ni las interrupciones violentas, especialmente cuando el tungsteno está presente en la superficie del divertor.
Experimentos previos en instalaciones como DIII-D y el Wendelstein 7-X ya sugerían que operar a mayores densidades era posible mediante una alimentación y calentamiento cuidadosos. Sin embargo, EAST es el primero en ofrecer evidencia experimental clara que respalda este nuevo concepto, coincidiendo con modelos teóricos detallados.
Aunque este avance está todavía lejos de aplicarse en centrales eléctricas reales —ya que EAST consume más energía de la que produce y existen desafíos en materiales y duraciones del plasma— marca un progreso fundamental.
Tal y como explica Ping Zhu, «los hallazgos sugieren un camino práctico y escalable para extender los límites de densidad en tokamaks y dispositivos de fusión de plasma ardiente de próxima generación». El equipo de EAST planea aplicar estas estrategias en modos de confinamiento más avanzados y en futuros dispositivos, aportando conocimientos valiosos para proyectos internacionales como ITER y los próximos reactores chinos.
Esta investigación, publicada en Science Advances, representa un paso decisivo hacia la visión de una energía de fusión limpia y casi ilimitada, un reto cada vez más urgente frente al cambio climático.
