Una cámara de alta velocidad instalada en la máquina ST40 de Tokamak Energy ha capturado imágenes en color a 16,000 fotogramas por segundo que muestran cómo interactúan el plasma de deuterio y diminutos granos de litio dentro de un reactor de fusión, un avance técnico clave para investigar la gestión del calor en futuros reactores comerciales.
Cuando el tokamak enciende sus sistemas, el plasma generado a partir de hidrógeno pesado se desplaza por la cámara toroidal en forma de destellos rosados mientras múltiples partículas de litio descienden hacia el núcleo como polvo brillante.
La obtención de estas secuencias a gran velocidad responde a la necesidad de resolver uno de los principales obstáculos técnicos de la energía de fusión: la gestión del calor extremo que escapa del confinamiento magnético. Aunque los núcleos de los reactores alcanzan temperaturas de millones de grados para forzar la unión de los núcleos atómicos, parte de esa energía se desvía inevitablemente hacia componentes estructurales conocidos como desviadores o divertores.
El reto térmico en los deflectores del ST40
En las pruebas realizadas con la máquina ST40, los investigadores han registrado flujos de calor de hasta 150 megavatios por metro cuadrado. En una central eléctrica de fusión comercial, estos componentes deberán soportar cargas térmicas severas durante periodos prolongados sin sufrir daños estructurales graves. Por esta razón, el control del calor de escape se ha convertido en un factor determinante para el diseño de futuras plantas basadas en reactores esféricos.
Para abordar este problema, los científicos estudian si el propio plasma puede ser inducido a disipar parte de su energía antes de impactar contra los desviadores. La tecnología recurre a la inyección controlada de impurezas, como granos de litio del tamaño de granos de arena, para enfriar el borde del plasma sin enfriar el núcleo principal donde se produce la reacción.
Comparativa tecnológica con antecedentes en Rusia
El uso de cámaras de alta velocidad en la investigación de tokamaks no es completamente inédito. Ya en 2014, un equipo de investigación instaló una cámara en el tokamak ruso T-11M para registrar la interacción del plasma con un limitador de litio, un trabajo que documentó eyecciones de gotas de litio a velocidades aproximadas de 100 metros por segundo.
Sin embargo, aquella tecnología de registro operaba a 1,000 fotogramas por segundo, un ritmo insuficiente para seguir la evolución de los filamentos de litio a lo largo del tiempo. Los estudios técnicos indicaban que se requerían velocidades superiores a los 10,000 fotogramas por segundo para capturar esos detalles, un umbral que la cámara del ST40 supera ampliamente al registrar 16,000 fotogramas por segundo.
| Parámetro técnico | Tokamak T-11M (2014) | Tokamak ST40 (2026) |
|---|---|---|
| Velocidad de registro | 1,000 fps | 16,000 fps |
| Material analizado | Limitador de litio | Granos de litio en plasma |
| Flujo térmico medido | No especificado | Hasta 150 MW/m² |
Espectro de radiación y el régimen de radiador de punto X
Los llamativos colores capturados por la óptica de alta velocidad se deben a los diferentes estados de excitación de los átomos en el interior del reactor. La tonalidad rosada inicial proviene del gas de deuterio, que emite una combinación de longitudes de onda rojas y azules. Cuando los átomos neutros de litio penetran en las zonas periféricas del plasma, se excitan y emiten un brillo carmesí, mientras que al perder un electrón en regiones más densas se transforman en iones de litio que radian una luz verde amarillenta.
Este comportamiento óptico se enmarca dentro de un régimen experimental conocido como radiador de punto X, o XPR. En este esquema, el campo magnético adopta una estructura en forma de cruz cerca del desviador, diseñada para concentrar la radiación de impurezas y disminuir la temperatura del plasma en las inmediaciones de las paredes internas antes de que alcance componentes críticos.
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