Actualmente, la fusión termonuclear controlada se predice con mucha frecuencia como un reemplazo de las centrales nucleares clásicas e incluso de los combustibles fósiles; sin embargo, a pesar de una serie de éxitos importantes en esta dirección, todavía no se ha demostrado ni un solo prototipo funcional de un reactor termonuclear. La construcción del primer reactor termonuclear internacional ITER en Francia (la UE, Rusia, China, India y la República de Corea participan en el proyecto) se encuentra todavía en una fase inicial del proyecto. Al mismo tiempo, la corporación estadounidense Lockheed Martin, así como un equipo de investigadores que representa al Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), están trabajando en el desarrollo de un reactor termonuclear eficiente. Fueron los expertos del MIT quienes anunciaron en agosto de 2015 el desarrollo de un nuevo proyecto de un tokamak bastante compacto.
Tokamak significa cámara toroidal con bobinas magnéticas. Este es un dispositivo en forma de toro diseñado para contener plasma con el fin de lograr las condiciones necesarias para el flujo de fusión termonuclear controlada. La idea misma de un tokamak pertenece a los físicos soviéticos. La propuesta para el uso de la fusión termonuclear controlada para fines industriales, así como un esquema específico que utiliza el aislamiento térmico de un plasma de alta temperatura mediante un campo eléctrico, fueron formulados por primera vez por el físico O. A. Lavrentyev en su trabajo escrito a mediados de 1950. Desafortunadamente, este trabajo fue "olvidado" hasta la década de 1970. El mismo término tokamak fue acuñado por IN Golovin, un estudiante del académico Kurchatov. Se trata del reactor tokamak que se está creando actualmente en el marco del proyecto científico internacional ITER.
Si bien el trabajo en la creación del reactor de fusión ITER en Francia avanza con bastante lentitud, los ingenieros estadounidenses del Instituto de Tecnología de Massachusetts han presentado una propuesta para un nuevo diseño de un reactor de fusión compacto. Dichos reactores, dijeron, podrían ponerse en operación comercial en solo 10 años. Al mismo tiempo, la energía termonuclear, con sus enormes capacidades generadas y su inagotable combustible de hidrógeno, ha sido solo un sueño y una serie de costosos experimentos de laboratorio y experimentos durante décadas. A lo largo de los años, los físicos incluso bromearon: "La aplicación práctica de la fusión termonuclear comenzará en 30 años y este período nunca cambiará". A pesar de esto, el Instituto de Tecnología de Massachusetts cree que el avance tan esperado en energía ocurrirá en solo 10 años.
La confianza de los ingenieros del MIT se basa en el uso de nuevos materiales superconductores para crear un imán que promete ser significativamente más pequeño y más poderoso que los imanes superconductores disponibles. Según el profesor Dennis White, director del MIT Plasma and Fusion Center, el uso de nuevos materiales superconductores disponibles comercialmente basados en óxido de cobre y bario de tierras raras (REBCO) permitirá a los científicos desarrollar imanes compactos y muy potentes. Según los científicos, esto permitirá lograr una mayor potencia y densidad del campo magnético, lo que es especialmente importante para el confinamiento del plasma. Gracias a los nuevos materiales superconductores, el reactor, según investigadores estadounidenses, será mucho más compacto que los proyectos existentes, en particular, el ya mencionado ITER. Según estimaciones preliminares, a la misma potencia que el ITER, el nuevo reactor de fusión tendrá la mitad del diámetro. Debido a esto, su construcción será más barata y sencilla.
Otra característica clave en el nuevo proyecto de un reactor termonuclear es el uso de mantas líquidas, que deberían reemplazar las tradicionales de estado sólido, que son el principal "material consumible" en todos los tokamaks modernos, ya que asumen el flujo de neutrones principal, convirtiendo en energía térmica. Se informa que el líquido es mucho más fácil de reemplazar que los casetes de berilio en cajas de cobre, que son bastante masivas y pesan alrededor de 5 toneladas. Son los casetes de berilio los que se utilizarán en el diseño del reactor termonuclear experimental internacional ITER. Brandon Sorbom, uno de los principales investigadores del MIT, que está trabajando en el proyecto, habla de la alta eficiencia del nuevo reactor en la región de 3 a 1. Al mismo tiempo, en sus propias palabras, el diseño del rector en el futuro se puede optimizar, lo que, posiblemente, permitirá lograr la relación entre la energía generada y la energía gastada en el nivel de 6 a 1.
Los materiales superconductores basados en REBCO proporcionarán un campo magnético más fuerte, lo que facilita el control del plasma: cuanto más fuerte sea el campo, menor será el volumen del núcleo y el plasma que se puede utilizar. El resultado será que un reactor de fusión pequeño puede producir la misma cantidad de energía que uno grande moderno. Al mismo tiempo, será más fácil construir una unidad compacta y luego operarla.
Debe entenderse que la eficiencia de un reactor termonuclear depende directamente de la potencia de los imanes superconductores. Los nuevos imanes también se pueden utilizar en la estructura existente de los tokamaks, que tienen un núcleo en forma de rosquilla. Además, son posibles otras innovaciones. Vale la pena señalar que el gran tokamak experimental ITER actualmente en construcción en Francia, cerca de Marsella, por un valor de alrededor de 40 mil millones de dólares, no tuvo en cuenta el progreso en el campo de los superconductores, de lo contrario este reactor podría haber tenido la mitad del tamaño, habría a los creadores les costó mucho más barato y se habría construido más rápido. Sin embargo, existe la posibilidad de instalar nuevos imanes en el ITER y esto podrá incrementar significativamente su potencia en el futuro.
La fuerza del campo magnético juega un papel clave en la fusión termonuclear controlada. Duplicar esta fuerza 16 veces a la vez aumenta el poder de la reacción de fusión. Desafortunadamente, los nuevos superconductores REBCO no pueden duplicar la fuerza del campo magnético, pero aún pueden aumentar la potencia de la reacción de fusión en 10 veces, lo que también es un resultado excelente. Según el profesor Dennis White, en unos 5 años se puede construir un reactor termonuclear, que podrá suministrar energía eléctrica a unas 100 mil personas. Es difícil de creer ahora, pero un gran avance energético que puede detener el proceso de calentamiento global puede suceder con relativa rapidez, prácticamente hoy. Al mismo tiempo, el MIT confía en que esta vez 10 años no sea una broma, sino una fecha real para la aparición de los primeros tokamaks operativos.
