El estelarador aprende a hablar con las estrellas… en su idioma: el helio-3

En la instalación tipo estelarador más grande del mundo —el Wendelstein 7-X (W7-X)— los científicos lograron por primera vez generar iones de helio-3 de alta energía. Este logro marca un hito crucial en el estudio de la fusión nuclear controlada, y aquí te explicamos por qué.

El experimento se llevó a cabo en la instalación ubicada en el Instituto Max Planck de Física del Plasma (Alemania). El W7-X es uno de los laboratorios más avanzados del mundo para el estudio de la fusión controlada. A diferencia de los tokamak, que utilizan corrientes eléctricas para formar el plasma, los estelaradores emplean complejas configuraciones magnéticas para mantener confinada la materia a altísima temperatura. El objetivo: desarrollar fuentes de energía que imiten los procesos del interior de las estrellas.

Uno de los grandes desafíos para las futuras plantas de energía de fusión es mantener estable el plasma a temperaturas de millones de grados. Es dentro de ese plasma donde se generan partículas alfa (núcleos de helio-4), que sostienen la temperatura necesaria para que continúe la reacción. Si esas partículas escapan demasiado rápido, el plasma se enfría y la fusión se detiene.

Como el W7-X es una instalación experimental, incapaz de replicar plenamente las condiciones de un reactor de fusión, los científicos modelan estos procesos usando partículas más ligeras. En este caso, emplearon iones de helio-3 acelerados hasta alcanzar la energía deseada.

Para ello utilizaron una técnica conocida como calentamiento por resonancia ciclotrónica de iones (ICRH, por sus siglas en inglés). Su principio se puede comparar con empujar un columpio: para lograr un efecto máximo, cada impulso debe coincidir con el ritmo natural del movimiento. En física, esto es resonancia.

El método ICRH consiste en inyectar en el plasma —compuesto de hidrógeno y helio-4— potentes ondas de radiofrecuencia en el rango de los megavatios. Estas ondas se ajustan a la frecuencia de giro de los iones de helio-3 alrededor de las líneas de campo magnético, conocida como frecuencia ciclotrónica. En resonancia, las partículas absorben la energía con gran eficacia y se aceleran hasta alcanzar altos niveles energéticos.

Por primera vez, esta técnica permitió obtener iones de helio-3 de alta energía en un estelarador. Anteriormente, experimentos similares solo se habían realizado en tokamak, por lo que trasladar esta tecnología a otra configuración de confinamiento magnético abre nuevas perspectivas para la investigación en fusión.

El sistema ICRH fue desarrollado en el marco del consorcio científico internacional Trilateral Euregio Cluster (TEC), que agrupa al laboratorio de física del plasma de la Real Academia Militar de Bruselas y a dos institutos alemanes —el IFN-1 y el ITE de Jülich.

La importancia del experimento va más allá de los objetivos energéticos. Los investigadores señalan que procesos de resonancia similares podrían estar ocurriendo en la atmósfera del Sol, donde se han detectado nubes enriquecidas con helio-3. En ocasiones, su concentración en la corona solar puede ser hasta diez mil veces superior a lo normal.

Según una hipótesis, el helio-3 en el plasma solar podría acelerarse selectivamente bajo la influencia de ondas electromagnéticas naturales. En ese sentido, lo observado en el W7-X ofrece una nueva perspectiva no solo sobre la energía de fusión, sino también sobre el comportamiento de la materia en las estrellas lejanas.