Andrea Solano
ansolano@nacion.com

El mecanismo de generación de energía que ocurre naturalmente en estrellas como nuestro Sol, se reproduce en un laboratorio pequeño y de muy reciente fundación.

Este proceso, conocido como fusión, tiene lugar cuando dos núcleos de átomos ligeros como el hidrógeno se unen y, como consecuencia, se libera una enorme cantidad de energía.

El Laboratorio de Plasmas para Energía de Fusión y Aplicaciones, ubicado en el Instituto Tecnológico de Costa Rica ( ITCR), tiene como objeto de investigación al cuarto estado de la materia. La idea es aprovechar el plasma como fuente de energía limpia e inagotable para, en un futuro, abastecer ciudades y hasta países enteros.

Proyecto visionario Este laboratorio –fundado en el 2008 por el doctor en física de plasmas Iván Vargas y dos estudiantes – es un recinto de 6 x 8 metros, en el cual conviven varios aparatos que parecen sacados de una película de ciencia ficción con el mobiliario tradicional de una oficina: escritorios, sillas y computadoras.

La “estrella” del laboratorio es, sin duda, el Stellarator (SCR -1), un dispositivo experimental diseñado y construido en Costa Rica por ingenieros del ITCR.

Este aparato de aluminio en forma de rosquilla recrea el proceso de fusión para atrapar o confinar plasma calentado a más de 300.000 grados Celsius.

El pasado 29 de junio, Vargas y su equipo realizaron el primer disparo de plasma, el cual tuvo una duración de 4,5 segundos y fue una demostración en vivo de que el stellarator 100% tico opera adecuadamente.

Hasta la fecha, solo seis países en el mundo han desarrollado un stellarator: Estados Unidos, Japón, Alemania, Australia, España, y ahora, Costa Rica.

“Este dispositivo tiene la ventaja de que puede mantener el plasma confinado durante 24 horas los siete días de la semana, pero tiene el inconveniente de que es muy complicado de construir. Nosotros empezamos por el camino difícil, pues nos emocionan los retos”,
declaró Vargas. En su diseño, construcción e implementación el equipo invirtió tres años y $500.000.

¿Cómo funciona? Según explicó el físico, dentro del SCR-1 el plasma se crea a partir de hidrógeno mediante el calentamiento por emisión de microondas.

El primer paso consiste en extraer todo el aire para asegurarse de que el plasma estará solo dentro del contenedor. Esa es la función de la cámara de vacío.

Luego, se inyecta una pequeñísima cantidad de hidrógeno, (menos de un gramo). “Este es el elemento más abundante del universo y el más ligero de la tabla periódica y por eso, con él se logra mejor el proceso de fusión”, detalló Vargas.

Para calentar el plasma a altas temperaturas, se utilizan fuentes de microondas. “Es un sistema similar al de los hornos que hay en nuestras casas, solo que con una potencia mucho mayor. Esas microondas depositan toda su energía y le desprenden los electrones al átomo de hidrógeno”, declaró.

El científico describió al plasma como una “sopa” que tiene igual cantidad de partículas con carga positiva y negativa.

Uno de los componentes esenciales del SCR-1 son las bobinas. “Su función es generar un campo magnético que atrapa el plasma, de modo que este no llega a tocar las paredes del recipiente de aluminio, las cuales tienen un centímetro de espesor”, agregó Vargas. Si esto llegara a suceder, el dispositivo se fundiría debido a las temperaturas tan elevadas. Por sus características, este aparato permite que el plasma confinado se mantenga dando vueltas a una velocidad de un millón de metros por segundo.

La construcción y puesta en funcionamiento del SCR-1 finalizó la fase de ingeniería. La siguiente etapa contemplará la investigación científica: “Nuestro interés es observar cómo se comporta el plasma”, dijo Vargas. Para ello, en los puertos de acceso se colocan los diagnósticos, que son instrumentos científicos para medir las propiedades del plasma: temperatura y densidad.

Según reveló el experto, con un gramo de combustible, se podría producir, a futuro, hasta 26 mil kilowatts por hora, con lo cual se abastecería a 80 viviendas durante un mes.

Pariente Además del SCR-1, el Laboratorio cuenta con un Tokamak un dispositivo de diseño ruso que persigue el mismo fin que el stellarator: atrapar plasma caliente mediante el proceso de fusión nuclear.

“Desde el punto de vista de la ingeniería, su diseño es más simple y por eso existen más Tokamaks en el mundo”, dijo Vargas. Sin embargo, este aparato presenta una desventaja, “el plasma se vuelve inestable y se apaga”. El ITCR es una de las tres instituciones en el mundo que cuenta con ambos dispositivos.

Plasma está en la mira para impulsar cohetes

Además del Laboratorio de Plasmas para Energía de Fusión y Aplicaciones del Instituto Tecnológico de Costa Rica, existe una empresa de sello nacional que también explora las posibilidades de ese material.

Se trata de Ad Astra Rocket Company, fundada por el físico costarricense y exastronauta Franklin Chang.

Si bien ambos centros de investigación trabajan con la física de plasmas, las aplicaciones específicas que cada uno desarrolla son distintas.

“La tecnología del Motor de Magnetoplasma de Impulso Específico Variable (VASIMR) que desarrolla nuestra empresa pertenece al campo de la propulsión espacial eléctrica, en donde los plasmas se utilizan para ser acelerados y posteriormente despedidos de la máquina, con el fin de generar impulso. Este es el mismo principio de operación de cualquier cohete”,
explicó el ingeniero Juan Ignacio del Valle, director de Operaciones de Ad Astra Rocket Company Costa Rica.

El ingeniero destacó que los cohetes eléctricos poseen una eficiencia mucho mayor que los cohetes químicos existentes en la actualidad. “El VASIMR posee el mayor rango de potencia y puede adaptarse para aplicaciones de transporte de grandes cargas en el espacio”.

Así, mientras el motor VASIMR se asemeja a un cilindro recto con un extremo abierto por donde escapa el plasma, el dispositivo Stellarator (SCR-1), diseñado en el ITCR, calienta el plasma a temperaturas muy elevadas y lo confina dentro de una cámara cerrada.

El objetivo en el futuro es utilizar el calor residual para producir vapor, mover una turbina y generar electricidad.

Del Valle explicó que existen varias diferencias técnicas entre el SCR-1 y los experimentos disponibles en Ad Astra Rocket: el VX-200SS en Houston, y el VX-CR en Liberia. “La potencia utilizada para generar el plasma en el dispositivo del ITCR es de 5 kW; es decir, mucho menor a las potencias de los dispositivos de Ad Astra (13 kW en Liberia, 200 kW en Houston). Las descargas de plasma en el SCR-1 tienen duraciones de pocos segundos, mientras que el VX-200SS se prepara para realizar disparos de 100 horas continuas y el VX-CR ha demostrado 16 horas continuas de operación”, aclaró el ingeniero.

Ad Astra informó, recientemente, que, a finales del próximo mes de octubre, iniciará los primeros disparos de plasma de alta potencia en el VX-200SS. Esto con el fin de demostrar que este dispositivo es capaz de operar indefinidamente, en un modo térmico estable, bajo las mismas condiciones de vacío del espacio.