Hace 60 años, en marzo de 1965, se puso en funcionamiento el tokamak T-6. Hace 50 años se lanzó el tokamak T-11, que fue una modificación del T-6. Posteriormente, el T-11 también fue mejorado y, bajo el nombre de T-11M, sigue operando en el Instituto de Troitsk.

Los científicos del Centro Estatal de Investigación TRINITI de Rusia utilizan este tokamak para desarrollar tecnologías destinadas a futuras instalaciones de fusión nuclear.

El T-6, como su nombre indica, estuvo lejos de ser el primero y tampoco el último en la serie de tokamaks. Curiosamente, este año también se celebra un aniversario del primer debate científico sobre el uso de la fusión nuclear controlada (FNC) en la industria energética.

En 1950, el joven sargento Oleg Lavréntiev, que entonces cumplía el servicio militar en Sajalín, envió una carta al Comité Central del Partido Comunista de la Unión Soviética, en la que expuso dos ideas, una de las cuales estaba dedicada precisamente a la FNC. Lavréntiev propuso un diseño de reactor en el que el plasma de alta temperatura se aísla mediante un campo eléctrico de alto voltaje. La carta fue enviada a los físicos nucleares, quienes destacaron la originalidad y audacia del pensamiento del autor.

Una idea más viable de reactor de fusión toroidal con confinamiento magnético del plasma fue presentada por Andréi Sájarov e Ígor Tamm. Fue aprobada en enero de 1951, y ese mismo año se construyó la primera instalación. Se trataba de un toroide de vidrio encerrado en una gruesa carcasa de cobre. Se suponía que el plasma se calentaría mediante la corriente que lo atravesaba y se mantendría alejado de las paredes gracias a las corrientes de Foucault inducidas en la carcasa de cobre.

Más tarde, en 1957, el discípulo de Ígor Kurchátov, Ígor Golovín, propuso llamar tokamak a la instalación de FNC desarrollada por científicos soviéticos. El nombre es una abreviatura de «toroidal’naya kamera s magnitnymi katushkami» (cámara toroidal con bobinas magnéticas).

El concepto toroidal competía con el concepto Stellarator. Sin embargo, en una conferencia internacional sobre fusión nuclear controlada (FNC), celebrada en Novosibirsk en 1968, los científicos soviéticos presentaron los resultados experimentales obtenidos en los tokamaks, los cuales superaban en varios órdenes de magnitud a los alcanzados en otras instalaciones. En términos figurados, sus ponencias fueron un verdadero «estallido termonuclear» en el ámbito científico.

A partir de entonces, los tokamaks comenzaron a construirse en todo el mundo, consolidándose como la tecnología líder en la investigación sobre fusión nuclear. Solo en la URSS, entre 1960 y 1988, se construyeron 21 tokamaks, algunos de los cuales fueron entregados a otros países. Pero lo más importante es que el proyecto internacional ITER, que busca demostrar la viabilidad comercial de la FNC, también es un tokamak.Principio del formulario

El autor de la instalación tokamak T-6 fue el joven investigador del Instituto Kurchátov, futuro laureado del Premio Estatal de la URSS y uno de los científicos más brillantes del entorno intelectual de Artsimóvich, Vladimir Mukhovatov. Diseñó el T-6 como una obra maestra de suavidad, es decir, sin ondulaciones en el campo magnético toroidal. Contaba con una carcasa de cobre estabilizadora dentro de la cámara de descarga, lo más cerca posible del plasma, permitiendo operar con corrientes máximas y márgenes mínimos de estabilidad. En esta instalación se estudiaron en detalle las cuestiones de estabilidad del plasma.

En 1975, la instalación fue modernizada y pasó a llamarse T-11. En ella se llevaron a cabo experimentos específicos de calentamiento adicional del plasma mediante inyección de un haz de átomos neutros rápidos. Esto era crucial, ya que en ese momento el calentamiento adicional del plasma en los tokamaks se había convertido en un problema independiente. Los cálculos demostraron que la temperatura máxima del plasma que puede alcanzarse con calentamiento convencional era 4 a 5 veces inferior a la requerida para una reacción de fusión termonuclear intensa. La idea de inyección de átomos neutros mostró excelentes resultados.

En 1985, la instalación fue desmantelada, posteriormente modernizada y relanzada bajo el nombre de T-11M para tareas de diagnóstico, gracias a los esfuerzos de E.A. Azizov. En la actualidad, el tokamak T-11M de Troitsk es una de las tres instalaciones activas de confinamiento magnético de plasma en Rusia. Funciona como un banco de pruebas de ciencia de materiales, abordando problemas clave relacionados con la primera pared del reactor y probando en condiciones reales nuevas soluciones tecnológicas.

El primer gran éxito fue la boronización mediante carborano, utilizada para recubrir la primera pared de todos los tokamaks rusos y de varios extranjeros, reduciendo significativamente el nivel de impurezas. El segundo logro clave fue el uso de litio en sistemas capilar-porosos, con el mismo propósito.Principio del formulario

Los parámetros del T-11M, según los estándares actuales, son modestos: corriente de plasma de hasta 0,1 MA, temperatura de los electrones del plasma de hasta 500 eV y densidad máxima del plasma de varias unidades por 7 × 10¹³ cm³. Sin embargo, estas características permiten estudiar la interacción del plasma con la primera pared del tokamak, analizar los materiales de la pared, desarrollar métodos de protección, investigar la dinámica de la interrupción de la descarga y perfeccionar nuevas técnicas de diagnóstico del plasma.

Actualmente, en el T-11M se está desarrollando un sistema de protección líquida de litio para los tokamaks. Su función es absorber los flujos de partículas provenientes del plasma y reducir la carga térmica en la pared. En 2022, los científicos del instituto realizaron con éxito el repostaje externo del sistema emisor de litio del T-11M sin violar las condiciones de vacío en la cámara de trabajo, un logro de nivel mundial.

En este momento, en el T-11M se están probando todos los sistemas y tecnologías de protección con litio para la primera pared del reactor de fusión. En particular, se están evaluando dispositivos y tecnologías avanzadas como limitadores, colectores e inyectores.

Los resultados de estas investigaciones en el T-11M se aplican en proyectos más complejos, como el tokamak T-15MD, el tokamak ruso con tecnologías de reactor (TRT) y el proyecto internacional ITER, en lo que respecta a la boronización de las paredes con carburo de boro. En particular, en el TRT se planea utilizar protección líquida de litio.