China supera límite de densidad de plasma en su 'sol artificial', logrando hito en fusión nuclear

Un equipo de investigadores chinos ha conseguido romper una barrera que durante décadas se consideró infranqueable en el campo de la fusión nuclear: el límite de densidad de plasma, también conocido como límite de Greenwald, según informaron en un estudio publicado en Science Advances a principios de enero.

La investigación fue realizada en el Tokamak Superconductor Experimental Avanzado (EAST) ubicado en Hefei, China, un dispositivo apodado como 'sol artificial' por su capacidad para recrear las condiciones de fusión nuclear similares a las que ocurren en las estrellas.

Según el estudio, los científicos lograron alcanzar densidades de plasma entre 1,3 y 1,65 veces superiores a lo que se consideraba posible hasta ahora, accediendo a lo que denominan un 'régimen libre de densidad', un estado que solo había sido teorizado previamente pero nunca demostrado experimentalmente en tokamaks.

"Estos resultados sugieren un esquema prometedor para aumentar sustancialmente el límite de densidad en tokamaks, un avance crítico hacia la consecución de plasma de fusión", señalan los investigadores en su estudio, según la fuente TheDebrief.

El trabajo fue realizado de manera colaborativa por el Instituto de Física del Plasma de los Institutos de Ciencia Física de Hefei bajo la Academia China de Ciencias, la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, y la Universidad Aix-Marseille de Francia, entre otras instituciones.

La importancia de este avance radica en que la densidad del plasma es un parámetro crucial que afecta directamente la tasa de reacciones de fusión. Históricamente, los investigadores han reconocido que la densidad del plasma tiene un límite superior, conocido como límite de Greenwald, establecido en la década de 1980. Cuando se alcanza este límite, el plasma se vuelve inestable, escapa del confinamiento magnético y libera energía sustancial sobre las paredes internas del dispositivo, comprometiendo la seguridad operativa.

El profesor Zhu Ping de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, uno de los líderes de la investigación, explicó: "Los hallazgos sugieren una vía práctica y escalable para extender los límites de densidad en tokamaks y en dispositivos de fusión de plasma de próxima generación", según recoge TheDebrief.

El equipo chino desarrolló un modelo teórico de interacción plasma-pared autoorganizada (PWSO, por sus siglas en inglés), que identificó el papel crítico de la inestabilidad de radiación inducida por impurezas en los límites del plasma como desencadenante del límite de densidad, dilucidando así el mecanismo subyacente que ha desconcertado a los físicos durante décadas.

Basándose en esta comprensión teórica, los investigadores controlaron experimentalmente el plasma para superar el límite de densidad y lo guiaron con éxito hacia una nueva "zona libre de densidad". Este concepto teórico fue desarrollado inicialmente en 2021 por el físico francés Dominique Franck Escande y colegas del Centro Nacional Francés para la Investigación Científica y la Universidad Aix-Marseille, pero no había sido verificado en la práctica hasta ahora.

El método empleado por los científicos chinos combinó un control cuidadoso de la presión del combustible con un aumento de temperatura durante la fase inicial de arranque de la operación del tokamak. Durante este tiempo, se inicia el calentamiento por resonancia ciclotrónica de electrones y, con un control óptimo entre la presión del combustible y el calentamiento, las interacciones resultantes entre el plasma y la pared se vuelven más manejables desde el principio.

Los investigadores de EAST informan que emplear este proceso ayuda a reducir las interacciones potencialmente dañinas entre los plasmas calentados y la pared del tokamak, limitar la acumulación de impurezas durante el confinamiento y reducir la pérdida general de energía.

Este no es el primer logro destacable del reactor EAST. En 2025, el dispositivo mantuvo un bucle de plasma estable durante más de 1.000 segundos, un hito que demostró una mayor estabilidad del sistema de calentamiento y control de bordes, según informa WebProNews.

La fusión nuclear promete ser una fuente de energía limpia, segura y prácticamente ilimitada, ya que replica el proceso que alimenta al sol, fusionando isótopos de hidrógeno para formar helio y liberando enormes cantidades de energía en forma de calor. A diferencia de la fisión nuclear, que alimenta las centrales nucleares actuales y produce residuos radiactivos, la fusión promete una alternativa más limpia y segura con combustible obtenido del agua de mar.

Sin embargo, mantener el plasma sobrecalentado —que a menudo supera los 100 millones de grados Celsius— ha estado plagado de desafíos, incluidos los límites de densidad que hacen que el plasma se desestabilice y se enfríe.

El avance de China posiciona al país a la vanguardia de la investigación en fusión, superando potencialmente a esfuerzos internacionales como el proyecto ITER en Francia, que persigue objetivos similares pero a mayor escala. El diseño compacto de EAST, que depende de imanes superconductores, permite iteraciones y pruebas rápidas, dando a los científicos chinos una ventaja en el refinamiento de técnicas.

Los expertos señalan que estos desarrollos podrían acelerar los plazos para la electricidad generada por fusión. Mientras que los escépticos solían bromear diciendo que la fusión siempre está a 30 años de distancia, el progreso de China sugiere un horizonte más cercano.

La estrategia energética de China incluye planes ambiciosos para el futuro de la fusión. El país está desarrollando el Tokamak Superconductor Experimental de Plasma en Combustión (BEST, por sus siglas en inglés), programado para completarse en 2027, que podría ser el primero en generar electricidad neta positiva a partir de la fusión.

Las implicaciones económicas y ambientales de este avance son profundas. La fusión podría transformar los mercados energéticos al proporcionar energía de carga base sin emisiones de carbono ni residuos de larga duración. Para China, que lidera en implementaciones de energías renovables como la solar y la eólica, la fusión representa la próxima frontera para asegurar la independencia energética.

A pesar del entusiasmo, los expertos advierten que aún quedan desafíos significativos. Escalar de reactores experimentales a comerciales implica obstáculos como el bombardeo de neutrones que degrada los materiales con el tiempo. Sin embargo, el avance en la densidad del plasma aborda un problema fundamental, ya que la alta densidad se correlaciona directamente con el rendimiento de la fusión.

La línea de tiempo de China es ambiciosa: con BEST en camino, las proyecciones sugieren que la fusión comercialmente viable podría estar disponible en la década de 2030, alineándose con los objetivos nacionales esbozados en los planes quinquenales que enfatizan la innovación en sectores de alta tecnología.