Revolución en la energía de fusión: un nuevo reactor promete más potencia, menos costes y energía limpia para el futuro

TAE Technologies revoluciona la fusión nuclear con un nuevo reactor FRC impulsado por haces neutros: cien veces más potente y con la mitad de coste. Un avance que podría cambiar para siempre el futuro de la energía limpia.

Por Enrique Coperías

El avance Norm de TAE Technologies: una nueva configuración que utiliza exclusivamente inyección de haces neutros para formar plasmas FRC estables, reduciendo tamaño, complejidad y costes hasta en un 50 %, y acercando la fusión nuclear a su viabilidad comercial.

Un estudio llevado a cabo por un equipo de más de ochenta investigadores en Estados Unidos presenta un avance fundamental en el desarrollo de reactores de fusión nuclear: la generación de configuraciones de campo revertido (FRC) mediante la inyección de haces neutros (NBI). Esta técnica, largamente teorizada pero hasta ahora no demostrada experimentalmente, promete simplificar radicalmente el diseño de futuros reactores de fusión y hacerlos más eficientes y asequibles.

De forma sencilla, podemos decir que un reactor de fusión es un dispositivo diseñado para reproducir en la Tierra el proceso que alimenta al Sol y a las estrellas: la fusión nuclear. Esta reacción consiste en unir dos núcleos atómicos ligeros, generalmente isótopos del hidrógeno, como el deuterio y el tritio, para formar un núcleo más pesado, liberando una enorme cantidad de energía en el proceso.

Para lograrlo, es necesario alcanzar temperaturas extremadamente altas —del orden de millones de grados—, donde los átomos se descomponen en un plasma de núcleos y electrones libres. Como este plasma no puede tocar las paredes del reactor, se emplean campos magnéticos o sistemas inerciales para confinarlo.

El reto de confinar el plasma ultracalientes

La energía liberada en la fusión podría ser una fuente limpia, segura y prácticamente inagotable, ya que no produce emisiones de carbono ni residuos radiactivos de larga vida, diferenciándose así de las tecnologías de fisión nuclear actuales. Sin embargo, conseguir que la fusión sea estable, sostenida y rentable sigue siendo uno de los mayores retos científicos y tecnológicos de nuestro tiempo.

El trabajo, liderado por Thomas Roche y publicado en Nature Communications, fue desarrollado por el equipo de TAE Technologies, en California, en colaboración con investigadores de la Universidad de California. Según sus autores, su propuesta ofrece una eficiencia sin precedentes: produciría hasta cien veces más energía que los diseños actuales de reactores, como los tokamaks, a la mitad del coste operativo. Este avance podría acercar de manera decisiva la viabilidad comercial de la energía de fusión, un objetivo perseguido durante décadas.

La fusión nuclear, considerada la fuente de energía más prometedora del futuro, requiere, como ya hemos avanzado, confinar plasmas a temperaturas extremas usando campos magnéticos. En este contexto, las configuraciones de campo revertido, que utilizan un campo magnético cerrado sobre sí mismo, generado principalmente por las corrientes internas del propio plasma, destacan por su compacidad, elevada densidad de potencia y geometría sencilla, lo que facilita tanto la extracción de energía como la gestión de impurezas y residuos.

Sin embargo, el gran reto para los ingenieros había sido encontrar métodos eficientes para formar y sostener estos plasmas.

La creación de un «plasma semilla»

Tradicionalmente, para formar una configuración de campo revertido se requerían complejas técnicas como la descarga theta-pinch, basada en pulsos de alta potencia, o métodos como la inyección de haces de electrones y campos magnéticos rotantes. En su nuevo enfoque, los investigadores de TAE Technologies han logrado formar un plasma FRC de manera directa con la ayuda única de haces neutros, lo que elimina la necesidad de equipos adicionales complejos y costosos.

El proceso comienza con la creación de un plasma semilla, es decir, una pequeña cantidad inicial de plasma que servirá como base para desarrollar el plasma principal más grande y energético, mediante plasma guns —dispositivos que disparan chorros de plasma dentro del reactor, como si fueran cañones de plasma— y electrodos de polarización, configurados en un sistema de espejo magnético abierto.

Este es un sistema en el que el campo magnético guía el plasma, pero las líneas de campo no están cerradas todavía, es decir, el plasma tiene una salida en los extremos, como si estuviera atrapado entre dos espejos magnéticos.

Plasma de alta energía en formación: mediante la inyección de haces neutros, los físicos consiguen crear un plasma caliente, denso y estable, esencial para lograr configuraciones de campo revertido (FRC) que impulsen el futuro de la energía de fusión. Cortesía: TAE Technologies

De la teoría a la práctica

Posteriormente, se inyectan haces de átomos neutros de alta energía, que se ionizan en el interior del plasma, aumentando su densidad y temperatura. En aproximadamente 10 milisegundos, se alcanza un estado de equilibrio en el que la presión del plasma iguala la presión magnética, cerrando las líneas de campo y formando una configuración de campo revertido completamente desarrollada.

Uno de los logros más importantes del estudio es haber solucionado los problemas que anteriormente impedían que la técnica del FRC fuera práctica, como la estabilidad y el mantenimiento del plasma.

Para verificar que realmente se alcanzaba la reversión de campo, los investigadores aplicaron métodos avanzados de reconstrucción magnética basados en tomografía de corriente e inferencia bayesiana, además de simulaciones Monte Carlo —métodos que utilizan números aleatorios para modelar y resolver problemas complejos que involucran incertidumbre, como predecir el comportamiento de un plasma en un reactor de fusión— y observaciones directas de fluctuaciones magnéticas.

Los resultados fueron contundentes: no solo se formaba un FRC, sino que las características de su evolución coincidían con las predicciones teóricas.

Combustibles: hidrógeno y boro

Asimismo, el equipo construyó un modelo teórico sencillo que establece las condiciones mínimas necesarias para lograr la reversión de campo con haces neutros. Este modelo, validado experimentalmente en miles de disparos, demuestra que si la corriente generada por los iones rápidos supera a la generada por el campo magnético externo, se puede conseguir la formación de una configuración de campo revertido de manera robusta.

Un elemento destacado de esta investigación es que el nuevo enfoque permitiría utilizar como combustible la combinación de hidrógeno y boro, en lugar de los combustibles convencionales basados en tritio o deuterio. Esta opción es mucho más limpia y segura, ya que no genera residuos radiactivos de larga vida, algo que supondría una ventaja ecológica y de costos a largo plazo.

El reactor desarrollado, llamado Norm en referencia al dispositivo experimental Norman, ofrece una estructura más simple que los diseños tradicionales. Al reducir sustancialmente la necesidad de grandes sistemas de imanes externos, el coste de construcción y operación sería mucho más bajo. Además, la simplicidad del diseño permitiría una escalabilidad más rápida, facilitando de este modo la transición hacia plantas de energía de fusión comerciales.

De una onda a un par

Desde el punto de vista experimental, los investigadores también monitorizaron en tiempo real la transición del plasma desde una configuración de espejo a una FRC, observando la evolución de modos oscilatorios específicos. Se documentó cómo durante el proceso de formación la estructura de las fluctuaciones magnéticas cambiaba, pasando de modos n=1 a n=2, en correspondencia con la evolución de las órbitas de los iones rápidos.

El cambio de n=1 a n=2 indica que las perturbaciones en el plasma evolucionaron de tener una sola onda alrededor del eje (n=1) a presentar dos ondas (n=2), lo que refleja una mayor complejidad en la estructura interna del plasma. Esta transición está directamente relacionada con la evolución de las órbitas de los iones rápidos y confirma que el plasma estaba adquiriendo la nueva topología cerrada característica de una configuración de campo revertido.

Asimismo, se detectó un aumento en la frecuencia del llamado modo de rebote axial, que confirmó la modificación de la topología del campo magnético.

Un potente avance hacia la energía de fusión

Los experimentos realizados en el dispositivo Norman lograron alcanzar FRC estables con energías térmicas cercanas a los 10 kilojulios, mantenidos durante decenas de milisegundos, limitados solo por la capacidad de los sistemas de inyección de haces. Estos resultados representan un hito notable, ya que muestran la posibilidad real de crear y sostener plasmas autoconfinados de alta beta en condiciones operativas prácticas.

Según Roche, este trabajo demuestra que la generación de configuraciones de campo revertido mediante inyección de haces neutros no solo es viable, sino que abre una vía revolucionaria hacia reactores de fusión más compactos, eficientes y accesibles.

La propuesta de TAE Technologies no solo incrementa enormemente la potencia generada respecto a diseños convencionales, sino que además reduce los costes y mejora la seguridad y sostenibilidad del proceso. Estos avances marcan un paso crucial hacia la comercialización de la energía de fusión, acercando la posibilidad de contar con una fuente de energía limpia, segura e inagotable en las próximas décadas.

• Fuente: Roche, T., Dettrick, S., Fontanilla, A. et al. Generation of field-reversed configurations via neutral beam injection. Nature Communications (2025). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-58849-5