tokamak

Una aspiradora succiona el polvo incluso si hay más cerca de la boquilla. Así ocurre en un tokamak: las partículas de plasma se concentran hacia el centro, aunque su densidad sea mayor en el borde. Este fenómeno se denomina pellizco de partículas y contradice la regla habitual de que todo tiende a moverse de las zonas densas a las menos densas.

Un navegante con un mapa de papel traza la ruta antes de zarpar. Si el océano cambia, si la corriente se desplaza o el viento se intensifica, el mapa sigue igual. El barco avanza por una ruta obsoleta y la tripulación debe corregir el rumbo manualmente.

Una lámpara común brilla de manera constante, pero un faro emite destellos cortos. Científicos de Londres hicieron que un diminuto diamante funcionara como un faro, pero no para la luz, sino para las ondas de radio. Para ello, añadieron un poco de nitrógeno al cristal y luego lo iluminaron con un láser verde.

Dentro de una llamarada solar, las líneas magnéticas se rompen como gomas elásticas tensas y se vuelven a cruzar, liberando en minutos una energía que bastaría para abastecer a la humanidad durante millones de años. En el laboratorio, este proceso, la reconexión magnética, durante mucho tiempo solo se podía iniciar, pero no detener.

Un reactor de fusión es como un horno sobrecalentado donde el plasma alcanza millones de grados. Las paredes de ese horno se hacen de tungsteno: es el metal más refractario que existe. Pero ni el tungsteno aguanta sin protección: las partículas rápidas del plasma bombardean la superficie y arrancan átomos.

El plasma de microondas en un vórtice es como una batidora de cocina que calienta y mezcla el gas a la vez. En el reactor, el gas se hace girar y las microondas lo calientan hasta miles de grados, rompiendo las moléculas de dióxido de carbono. Los científicos han creado un modelo computacional de este reactor para entender cómo afecta la presión al proceso.

Un espejo magnético es un tubo abierto por ambos extremos. El campo magnético en su interior está dispuesto de modo que el plasma caliente no se escape: en los extremos se concentra, como un tapón en una botella. Las partículas de plasma que vuelan hacia la salida son repelidas por estos «tapones» y regresan.

La carrera por la energía de fusión se parece a intentar atrapar un rayo en una botella. Durante décadas, los físicos han luchado por recrear en la Tierra los procesos que alimentan al Sol.

En el agua hirviendo agua se puede ver un prototipo del truco cuántico: si parte del líquido se convierte en burbujas de vapor de larga vida, la masa principal se enfría.

En una olla, el agua hierve: las burbujas burbujean y el calor se escapa rápidamente al aire. En el centro del reactor de fusión ARC, el plasma se comporta de manera similar, solo que en lugar de burbujas hay vórtices turbulentos, y en lugar de aire, un campo magnético que debe retener el calor. Los vórtices estorban: transportan calor hacia afuera y enfrían el plasma.

El cosmos está lleno de velocistas invisibles: partículas que corren casi a la velocidad de la luz. Se capturan en el viento solar, cerca de estrellas de neutrones e incluso en el vacío intergaláctico entre galaxias. Pero, ¿qué las acelera donde no hay ondas de choque ni reconexiones magnéticas?

Un secador de pelo potente que no sopla aire caliente, sino plasma incandescente: así son los túneles aerodinámicos de plasma. Se utilizan para probar en la Tierra cómo una nave espacial entrará en la atmósfera.

En una cacerola con sopa hirviendo, las corrientes turbulentas llevan el calor hacia las paredes y la sopa se enfría. En un tokamak — una enorme botella magnética para el plasma — ocurre lo mismo: los remolinos de turbulencia arrastran la energía hacia afuera, impidiendo encender la reacción de fusión.

El agua en una taza se enfría en minutos. El gas en una habitación la llena uniformemente en segundos. Pero si metes átomos en un tubo del grosor de un rayo láser y los excitas bien, tardarán varios segundos en «enfriarse» hacia el equilibrio: toda una eternidad a escala atómica.

El plasma cósmico no es un gas tranquilo, sino una sopa hirviendo de partículas cargadas atravesada por campos magnéticos. Estos campos se comportan como gomas elásticas tensadas: a veces se rompen y de inmediato se vuelven a unir, pero de otra manera.

380 mil años después del Big Bang, el universo se enfrió lo suficiente para que los electrones y protones se unieran por primera vez formando hidrógeno neutro. Aunque este evento se llama recombinación, en realidad fue el primer encuentro: hasta entonces, el calor impedía que las partículas se aglutinaran.

En el Sol a veces aparecen nubes gigantes de plasma que intentan escapar al espacio. Pero a menudo no lo logran: una jaula magnética invisible las retiene cerca de la superficie. Estas erupciones fallidas se denominan "confinadas". Los científicos han construido un modelo informático para entender cómo funciona exactamente esta jaula.

El plasma caliente en un tokamak se parece a una bestia caprichosa: hay que contenerlo, pero sin dejar que se sobrecaliente. En el reactor ASDEX Upgrade han encontrado un modo en el que los vórtices del plasma resuelven este problema por sí solos.

La olla para la sopa suele ser redonda y la sartén, plana. La forma del recipiente determina cómo burbujea el agua hirviendo. En un tokamak, el dispositivo donde el gas sobrecalentado se confina con campos magnéticos, la forma del plasma tampoco se elige al azar.

Antes de cada arranque de un tokamak —el dispositivo donde un gas sobrecalentado se mantiene confinado por un campo magnético—, los operadores pasan horas calculando cómo se comportará el plasma. Equivocarse es demasiado caro: un solo parámetro incorrecto puede arruinar el experimento.

El láser impacta el blanco y una nube de plasma sale disparada hacia la cámara a cientos de kilómetros por segundo. Alrededor no hay vacío: la cámara está llena de un gas enrarecido que hace las veces de medio interestelar.

Un reactor de fusión es el intento de contener un pequeño sol en una jaula magnética. Para que produzca más energía, hay que comprimir el plasma hasta hacerlo más denso. Pero los tokamaks tienen una valla invisible: en cuanto la densidad supera cierto umbral, el plasma se estremece y se desmorona.

El plasma en un reactor de fusión es como un enjambre de luciérnagas que hay que mantener dentro de un frasco invisible. Antes se pensaba que las paredes del frasco debían ser perfectamente lisas, o las luciérnagas encontrarían una rendija y escaparían. El nuevo trabajo demuestra que el frasco se puede pegar a partir de piezas con costuras notables, y el enjambre seguirá dentro.

Un reactor de fusión se parece a una orquesta, donde el plasma es la melodía y las bobinas magnéticas, los músicos. Si un instrumento desafina, toda la sinfonía se desmorona.

Encender un miniatura sol es un viejo sueño de la humanidad. Generalmente, los científicos intentan confinar plasma incandescente (gas de partículas cargadas) a temperaturas de cientos de millones de grados.

Cinco átomos de calcio cargados flotan en una trampa, sostenidos por campos eléctricos. El enfriamiento por láser les quita el exceso de energía y se alinean formando una diminuta pirámide de base cuadrada. Pero esta pirámide no permanece estática: de vez en cuando se voltea, como si alguien la lanzara al aire y la atrapara boca abajo.

Para fusionar dos núcleos atómicos, hay que superar su feroz repulsión eléctrica, como juntar dos toros enfurecidos. En condiciones normales, solo ayuda una energía monstruosa, como en los núcleos estelares, donde Hans Bethe ya explicó la fusión en los años 30.

Seis iones de bario se alinean formando un hexágono plano dentro de una trampa de Paul, un dispositivo que retiene partículas cargadas mediante campos eléctricos alternos.

Una gota de tinta en un vaso de agua se dispersa rápidamente, tiñendo todo el líquido. Algo similar ocurre con los electrones en un metal: se mueven libremente, como moléculas en un gas. Pero si en ese medio aparece una impureza magnética —un átomo con su propio momento magnético—, sucede algo extraño.