Ver el interior de un reactor de fusión nuclear es, por razones obvias, complicado. Hablamos de temperaturas de millones de grados Celsius, más calientes que el núcleo del Sol. Sin embargo, la empresa británica Tokamak Energy acaba de regalarnos imágenes sin precedentes de lo que ocurre dentro de su reactor esférico ST40: un vídeo a todo color y a la increíble velocidad de 16.000 fotogramas por segundo.

Un ballet de colores inédito. Lo que estamos viendo en el vídeo es, en esencia, la coreografía de los elementos dentro del tokamak. El ST40, como la mayoría de estos reactores, utiliza isótopos de hidrógeno (deuterio en este caso) como combustible. Cuando este gas se convierte en plasma, emite una característica luz rosa, que es la que domina la escena. Pero lo interesante empieza cuando los investigadores introducen litio, que brilla en color rojo.

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Y no, esto no es solo un espectáculo visual. Cada color, cada filamento brillante que vemos en estas imágenes, son una mina de oro de información que está ayudando a los científicos a resolver uno de los mayores desafíos en el largo camino hacia la energía de fusión comercial: cómo domar el plasma para que no degrade los materiales del reactor.

Qué estamos viendo exactamente. En las imágenes, vemos cómo se inyectan pequeños gránulos de litio en la cámara del reactor. Al entrar en las zonas exteriores y más frías del plasma, el litio neutro se excita y emite una intensa luz roja carmesí. A medida que penetran en las regiones más calientes y densas, los átomos de litio pierden un electrón, se ionizan (convirtiéndose en iones de litio) y empiezan a brillar en tonos verdosos.

Una vez ionizado, el litio ya no se mueve libremente. Se ve obligado a seguir las invisibles, pero potentísimas líneas del campo magnético que confinan el plasma. Esos filamentos verdes que vemos danzando en el vídeo son, literalmente, el litio dibujando la jaula magnética del reactor.

Para qué sirve todo esto. El litio actúa como escudo protector del reactor. Grabar lo que ocurre a color no es sencillo, pero ayuda a identificar si las impurezas que Totakak Energy está introduciendo en el reactor irradian en el lugar esperado. Y si los polvos de litio penetran hasta el núcleo del plasma.

Este experimento forma parte de una investigación sobre un modo de operación llamado "radiador de punto X" (XPR) que usa elementos como el litio para que el borde del plasma irradie y pierda una gran cantidad de calor antes de tocar las paredes del reactor. Es una "atmósfera" protectora que enfría el plasma justo en el último momento, reduciendo el desgaste de los componentes sin sacrificar el rendimiento del núcleo.

El avance de Tokamak Energy. Este enfoque es la pieza central del programa de actualización dell ST40, que ha recibido financiación de los departamentos de energía de Estados Unidos y Reino Unido. El objetivo es recubrir todos los componentes que miran al plasma con litio, una técnica que ya ha demostrado en otros laboratorios, como el de Princeton, para mejorar el rendimiento del plasma.

Este tipo de diagnósticos visuales complementan a los sistemas increíblemente complejos que se están instalando en reactores como el JT-60SA en Japón, el tokamak más avanzado del mundo actualmente, que utiliza láseres para medir la temperatura y densidad del plasma de forma indirecta.

Una carrera global. Mientras proyectos colosales e institucionales como el ITER marcan un camino a largo plazo, que prevé sus primeros experimentos de deuterio-tritio para 2039, empresas más ágiles como Tokamak Energy exploran diseños y tecnologías nuevas, como los tokamaks esféricos y los imanes superconductores de alta temperatura, para acelerar la llegada de la fusión comercial.

El cierre del histórico reactor JET en el Reino Unido, que se despidió batiendo un récord de energía, marcó el fin de una era, pero su legado es la base sobre la que se construyen todos estos nuevos avances. Esta nueva ventana al corazón del plasma no solo es visualmente impresionante. Es un pequeño paso que nos acerca un poco más a la meta de replicar la energía de las estrellas en la Tierra. La fusión nuclear acaba de volverse mucho más colorida, y eso son excelentes noticias.

Imagen | Tokamak Energy

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Las estrellas son una gran fuente de inspiración. Lo son en muchos sentidos, pero, sobre todo, lo son si nos ceñimos a la posibilidad de emularlas aquí, en la Tierra, para generar electricidad. Esto es, precisamente, lo que propone la fusión nuclear. La reacción que tiene lugar dentro de los reactores experimentales de fusión con los que trabajan los investigadores es esencialmente la misma que se produce de forma natural en el interior de las estrellas.

Estas últimas en sus primeras etapas fusionan núcleos de protio, que es el isótopo del hidrógeno más abundante, mientras que los reactores de fusión trabajan con núcleos de deuterio y tritio, que también son isótopos del hidrógeno. En Xataka hemos publicado muchísimos artículos durante los últimos seis años en los que hemos indagado en los muchos avances que se están produciendo en el ámbito de la energía de fusión, y también en los grandes desafíos que coloca ante los científicos esta tecnología de obtención de electricidad.

Uno de estos retos requiere, precisamente, comprender la dinámica del plasma, entendiéndolo como el gas extremadamente caliente que contiene los núcleos de deuterio y tritio dotados de mucha energía cinética que participan en la reacción de fusión. Entender cómo se comporta el plasma y cuáles son las estrategias más eficaces a la hora de estabilizarlo es fundamental para que la energía de fusión llegue a buen puerto.

¡Todo es plasma!

"¡El mundo es un plasma! La mayor parte de la materia visible en el universo está en estado de plasma [...] Las estrellas, los entornos de los agujeros negros, e incluso el espacio interplanetario y estelar en sí mismo... ¡Todo eso es plasma! Muchas personas asocian intuitivamente el plasma con temperaturas muy altas, pero esto es solo la mitad de la verdad. También se puede alcanzar el estado de plasma si diluyes un gas más y más, tal y como ocurre en el espacio interestelar". Estas palabras tan enérgicas las ha pronunciado nada menos que Frank Jenko, director del Instituto Max Planck de Física del Plasma (IPP), en Alemania.

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Por supuesto, sabe muy bien lo que dice. El laboratorio que lidera está especializado en astrofísica del plasma, y, concretamente, en la descripción teórica del plasma de fusión. De alguna manera su investigación abarca tanto el estudio del plasma estelar como el del plasma que tiene lugar en el interior de las máquinas de fusión.

Jenko es un experto en reactores de tipo tokamak, y se siente muy cómodo con la teoría y las simulaciones numéricas que requiere la investigación en el ámbito de la fusión para controlar las turbulencias del plasma y optimizar el confinamiento magnético de este gas. Y, pese a todo, Jenko mira permanentemente hacia el cielo.

Lo hace por una buena razón en la que de alguna manera ya hemos reparado unas líneas más arriba: los procesos que tienen lugar en el interior de los reactores experimentales de fusión nuclear son esencialmente los mismos que se producen de forma natural en el interior de las estrellas. Estas últimas tienen a su favor su enorme masa, que les permite llevar a cabo la fusión de los núcleos de hidrógeno sin necesidad de alcanzar temperaturas tan altas como las que requiere la fusión en el interior de los reactores terrestres.

En cualquier caso, conocer al dedillo la dinámica del plasma de las estrellas es una herramienta fundamental que tiene la capacidad de allanar el camino a los científicos que se esfuerzan para llevar a buen puerto la energía de fusión aquí, en la Tierra. Bien por Jenko y sus colegas.

Imagen | NASA

Más información | EUROfusion

En Xataka | En fusión nuclear el confinamiento inercial lo tiene (casi) todo por demostrar. El confinamiento magnético es la mejor apuesta

Cada vez hay más empresas intentando alcanzar el elusivo santo grial de la energía limpia: la fusión nuclear. Una de las que promete conseguirlo a bajo coste es First Light Fusion con su proyectil de tungsteno.

Disparo récord. La startup británica ha avanzado este año en su camino hacia la fusión nuclear disparando una máquina de pulso electromagnético de 80 billones de vatios, la más potente del mundo, a una presión sin precedentes.

First Light ya fue en su momento la primera empresa privada en disparar la Máquina Z del Laboratorio Nacional de Sandia, en Estados Unidos. Gracias a su tecnología amplificadora, la empresa ha conseguido hacerlo ahora a una presión de 1,85 terapascales, batiendo el récord anterior de 1,5 terapascales y demostrando que el pulso puede generar las condiciones extremas necesarias para la fusión.

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La búsqueda de la fusión nuclear simple y barata está en marcha, y estas dos estrategias son muy prometedoras

Un poco de contexto. La fusión nuclear es la misma reacción que alimenta a las estrellas, en la que los átomos de hidrógeno se fusionan para formar helio, liberando una inmensa cantidad de energía.

Lograr este proceso en la Tierra ha obsesionado a científicos e ingenieros de todo el mundo durante décadas, ya que desbloquearía una fuente de energía limpia y prácticamente ilimitada. Pero, hasta ahora, la complejidad y el coste de los métodos tradicionales, que utilizan láseres y potentes campos magnéticos, han sido grandes obstáculos.

El proyectil de First Light. La estrategia que ha elaborado First Light Fusion, basada en el confinamiento inercial de plasma, es lanzar un proyectil de tungsteno a una velocidad muy alta para que colisione con una cápsula de deuterio alojada en el interior de una cámara de vacío.

La velocidad a la que se desplaza el proyectil debe ser lo suficientemente alta para que la energía del impacto provoque la implosión de la cápsula de combustible y la reacción de fusión entre los átomos de deuterio, un isótopo del hidrógeno, tenga lugar.

Ventajas y problemas de esta estrategia. El método de First Light evita los complejos láseres e imanes de los reactores de fusión por confinamiento magnético, así como su alto coste energético, abriendo la puerta a una fusión más sencilla y barata.

Pero aunque estos avances sean significativos, la escalabilidad y sostenibilidad a largo plazo de la fusión por confinamiento inercial están lejos de superarse. Para que el sistema de First Light sea viable tiene que ser capaz de lanzar un proyectil cada 30 segundos que sostenga la reacción de fusión a lo largo del tiempo, algo que están lejos de conseguir.

Imagen | First Light Fusion

En Xataka | Así es como la fusión nuclear mediante confinamiento inercial está manteniendo el pulso a la fusión por confinamiento magnético

La exploración de Marte va a tener que enfrentarse a innumerables problemas. La dificultad de llevar materiales básicos como oxígeno o agua es uno de los más importantes. La generación de recursos in situ (ISRU) es por tanto una de las prioridades de las agencias espaciales (y no solo en Marte). Un nuevo avance puede allanar el camino en esta dirección ha sido presentado recientemente. Se basa en utilizar plasmas.

Del dióxido de carbono al oxígeno respirable. La atmósfera marciana está compuesta en un 96% por dióxido de carbono (nitrógeno y argón son los siguientes gases más presentes y ninguno llega al 2%). La atmósfera de la Tierra está dominada por el nitrógeno (algo más del 78%) y oxígeno (20,9%). La atmósfera de la Tierra es también notablemente más voluminosa y, pese a ser mucho menos densa, también tiene más masa.

La ventaja del dióxido de carbono es que es posible extraer sus átomos de oxígeno y crear así oxígeno molecular (O2) que utilizar como recurso, no solo para respirar sino también, por ejemplo, para alimentar cohetes. El problema es que esta es una tarea difícil. En primer lugar, porque las moléculas de dióxido de carbono son muy estables, es difícil romperlas. En segundo lugar, porque hay que separar las moléculas de oxígeno de otras como el monóxido de carbono.

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Ya estamos dejando basura en Marte: Perseverance descubre un trozo de aluminio entre las rocas

Plasma contra dióxido de carbono.. El equipo, formado por investigadores europeos y del MIT estadounidense, ha propuesto un nuevo mecanismo para la obtención de este recurso in situ en Marte: el plasma, el “cuarto estado natural de la materia”. Lo han hecho en un artículo publicado en la revista Journal of Applied Physics. El plasma cuenta con partículas libres cargadas como electrones que pueden ser aceleradas a altas energías a través de campos eléctricos.

Las condiciones atmosféricas en el planeta rojo serían ideales para el uso de esta herramienta, ya que su nivel de presión favorecería la ignición del plasma. La abundancia del dióxido de carbono en la atmósfera haría el resto.

Superar dos obstáculos a un tiempo. El mecanismo sería capaz de vencer las dos dificultades de este proceso, la separación de la molécula de CO2 y la separación del oxígeno molecular de otros gases como el monóxido de carbono. En palabras de Vasco Guerra, uno de los autores del estudio “estamos mirando a estos dos pasos de una manera holística para resolver ambos retos al mismo tiempo. Aquí es donde los plasmas pueden ayudar.”

“Cuando los electrones colisionan como balas contra una molécula de dióxido de carbono, pueden descomponerla directamente o transferirle energía para hacerla vibrar”, explica Guerra. “Esta energía puede ser canalizada, en mayor medida, a la descomposición del dióxido de carbono. (…) Es más, el calor generado en el plasma también es beneficioso para la separación del oxígeno.”

El equipo de Guerra, junto a los investigadores franceses y neerlandeses, logró comprobar empíricamente que este proceso puede de hecho emplearse para “extraer” este oxígeno del dióxido de carbono.

Complemento o competición. Éste no es el primer proyecto que trata de extraer oxígeno de la atmósfera Marciana, y tampoco será el primero en llegar al planeta rojo. El rover Perseverance cuenta entre sus instrumentos con el experimento MOXIE (Mars Oxigen In situ Experiment). Este recurre a la electrólisis para separar moléculas de oxígeno del dióxido de carbono, creando también monóxido de carbono en el proceso.

Es cuestión de tiempo comprobar qué tecnología resulta más eficaz y eficiente a la hora de aprovechar los recursos que nos ofrece el planeta vecino para su exploración. Exploración que continúa adelante, cada vez con más agentes implicados en una nueva carrera espacial cuyos ganadores están aún por determinar.

Imagen | Olivier Guaitella

"Energía limpia, segura y virtualmente ilimitada": esa es la mejor definición que puede hacerse del sueño de la fusión nuclear. Y uso sueño pese a que estoy convencido de que cada vez estamos más cerca porque su consecución está siendo un rompecabezas infernal. Cada detalle del proceso, por insignificante que sea, conlleva años de trabajo, dinero e ingenio.

La buena noticia es que vamos avanzando y el mejor ejemplo es l autocalentamiento del plasma a través de la propia fusión nuclear.

Un poco de contexto. Es un lugar común decir que la fusión nuclear (esa combinación de núcleos atómicos para liberar energía) es el proceso físico que alimenta las estrellas mismas. Sin embargo, es una metáfora muy poderosa para entender por qué hemos tenido tantos problemas para recrear ese proceso en el laboratorio: no es fácil contener el corazón de un monstruo estelar.

En las estrellas. Es tan difícil, de hecho, que para conseguirlo necesitamos más energía de la que podemos producir gracias a él. O, dicho en otras palabras, el punto crítico de nuestros avances es conseguir un generador neto de energía: conseguir que, como ocurre en las mismas estrellas, la propia fusión nuclear sea suficiente para mantener el combustible en estado plasmático y permita más reacciones (y que el proceso se automantenga).

Un paso adelante... Pues bien, según explican en Alex Zylstra y su equipo han lograron desencadenar reacciones de fusión de autocalentamiento utilizando 192 rayos láser para implosionar rápidamente una cápsula que contenía 200 µg de combustible de deuterio-tritio. Los detalles se explican en dos artículos (uno en 'Nature' y otro en 'Nature Physics') y supone un avance muy importante.

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...de un largo camino Hasta ahora ha resultado muy difícil compatibilizar el uso de láser y el control del plasma. De hecho, a menudo cada vez que se intentaba contenerlo, se tenía que interrumpir el uso de los láser. La nueva cápsula de Zylstra (y el gran número de fuentes de energía) no solo permite contener el plasma, sino que permite emplear más combustible y absorber más energía. Es decir, nos pone en camino de conseguir estabilizar un reactor de fusión de una vez por todas.

Eso sí, el rendimiento generado por estos experimentos es aún bajo (170 kilojulios de energía), pero triplica los rendimientos obtenidos en experimentos anteriores. Hablamos de una tecnología que lleva décadas estando a "20 años" vista: ahora, por fin, estamos acortando esa distancia.

Los CubeSat son pequeñísimos satélites de apenas decenas de centímetro. Como tal, generalmente su vida útil y opciones de operación están drásticamente limitados al no contener espacio para motores u otros sistemas de propulsión en condiciones. No es el caso de los últimos dos CubeSat que la NASA va a mandar al espacio. Con propulsores de plasma, se espera que batan el récord de distancia más larga recorrida.

La nave espacial Orion con el cohete del Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS) va a llevar en su primera misión una serie de CubeSats al espacio para diferentes compañías y organizaciones. Los dos últimos que se han añadido son los CubeSats con propulsión de plasma. Según la agencia espacial estadounidense, estos CubeSats utilizarán las ondas electromagnéticas para impulsarse en el espacio.

Se trata de los CubeSat ‘Team Miles’ y el CubeSat ‘EQUilibriUM Lunar-Earth point 6U Spacecraft (EQUULEUS)’ de JAXA. Ambos satélites estarán conectados a la nave Orión en su adaptador de escenario (el sistema que une la nave con el cohete). Una vez en el espacio, se desplegarán para comenzar su propia andadura.

El CubeSat de JAXA tomará fotos de la plasmasfera de la Tierra desde una distancia alrededor de la Tierra y la Luna. Por su parte el CubeSat de Miles Space es el que se propone romper los récords. Está equipado con estos propulsores de plasma especialmente para probar la viabilidad de la característica.

Si el Team Miles CubeSat tiene éxito, viajará una distancia mayor que cualquier otro artefacto hecho por el hombre y de similar clase. Se estima que viaje alrededor de 96 millones de kilómetros en el espacio. Para ponerlo en contexto, la distancia mínima entre la Tierra y Marte es de 62 millones de kilómetros.

Los propulsores de plasma utilizan las ondas electromagnéticas de baja frecuencia para mover el CubeSat. Esta idea ha sido desarrollada como parte de un concurso de la NASA para encontrar innovaciones tecnológicas para estos pequeños satélites y mejorar sus capacidades. El CubeSat cuenta además con un pequeño ordenador en su interior que le permitirá navegar de forma autónoma y le indicará dónde está la Tierra para enviar señales de vida durante toda su aventura.

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Ingenio para mover pequeños cubos en el espacio

Los propulsores de plasma no son la única idea que se ha desarrollado en los últimos años para mover estos diminutos artefactos por el espacio. Previamente hemos visto por ejemplo un sistema electromagnético que aprovecha la fuera del campo magnético de la Tierra para empujar el CubeSat.

Otra ingeniosa idea es la de LightSail, que desplegó una enorme vela para aprovechar el viento solar como forma de navegación. En los tres casos, ingeniosas ideas para darle más potencial a estos pequeños satélites, que a menudo son la única opción de las pequeñas empresas y organizaciones para realizar investigaciones tecnológicas y científicas.

Vía | NASA

El objeto humano más distante, la sonda Voyager 1, ha hecho otro descubrimiento histórico. Los datos que nos está enviando de una distancia de más de 22.700 millones de kilómetros desvelan que el espacio no es tan vacío como pensábamos, fuera del Sistema Solar hay una cantidad constante de plasma. Y la Voyager 1 tiene datos para demostrarlo.

La sonda Voyager, lanzada en 1977, ha estado viajando por el espacio y alejándose de la Tierra a toda velocidad. Finalmente en los últimos años consiguió salir del Sistema Solar y ahora va por la heliopausa, "territorio desconocido" para nosotros. Los datos que envía desde ahí son lo de lo más reveladores, demostrando lo mucho que aún nos queda por conocer. Y no es la primara vez que hace estas cosas.

Un debil pero constante zumbido

En un nuevo estudio publicado en Nature los científicos han explicado el descubrimiento que ha hecho Voyager 1 en los últimos años. Se trata de un constante, persistente y duradero zumbido. A una frecuencia muy baja, de apenas 3 kHz este zumbido es una evidencia de plasma en el espacio.

El plasma es materia que está tan caliente que los electrones han sido despojados de los átomos, lo que resulta en un gas ionizado. El plasma en realidad es lo más común y podemos encontrarlo tanto en la Tierra como cerca de nosotros en el espacio. Lo curioso ahora es dónde se ha encontrado: en mitad de la nada, en el espacio interestelar.

Previamente la Voyager detectó fuertes perturbaciones de plasma que fueron provocadas por las oscilaciones que el Sol provoca con sus eyecciones de la corona. Sin embargo, en los últimos tres años la Voyager ha estado registrando una cantidad de plasma mucho menor pero constante. Esto nos da a entender que en el espacio exterior y más allá de la influencia del Sol también hay una cantidad importante de esta materia.

La señal ha persistido durante casi tres años. Teniendo en cuenta que la Voyager 1 viaja a una velocidad de 61.000 kilómetros por hora significa que este plasma se encuentra en un área de al menos 1.500 millones de kilómetros. Teniendo estos datos en cuenta los científicos pueden hacer un mapa del plasma más allá del Sistema Solar.

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La próxima duda a resolver es qué genera este plasma si no es nuestro Sol. Así mismo, por qué no se ha detectado este plasma hasta hace tres años. La Voyager se espera que aguante varios años más antes de que pierda toda su energía, unos años en los que con suerte nos desvelará más datos sobre el espacio profundo.

Vía | Phys
Más información | Nature

No conocemos nada más grande en el Universo que los cúmulos de galaxias. Estas estructuras unidas por gravedad pueden estar conformadas por miles de galaxias unidas entre sí y, a veces, gas caliente o materia oscura. Ahora, un grupo de investigadores ha desvelado una estructura de lo más curiosa en el cúmulo de galaxias Abell 2877: una masiva estructura de plasma con forma de medusa.

El cúmulo de galaxias Abell 2877 se encuentra a unos 300 millones de años luz de nosotros. Sería un cúmulo de galaxias más si no fuera por lo que unos astrónomos del Centro Internacional de Investigación Radioastronómica (ICRAR) en Perth, Australia, han encontrado. Visible sólo en una estrecha frecuencia de radio, se encuentra una gigantesca estructura de plasma que tiene un tamaño de más de mil millones de años luz.

El estudio ha sido recogido en The Astrophysical Journal y detalla cómo es esta estructura de plasma. Un estructura de lo más curiosa para los astrónomos no tanto por su forma de medusa sino por el hecho de que apenas sea visible en los espectros de radiofrecuencia. Es normal que algunas estructuras sólo sean visibles en determinadas bandas del espectro, pero nunca antes se ha visto un estructura tan grande como esta que "desaparezca" tan rápido al cambiar frecuencias.

Un fénix más que una medusa

El hecho de que la estructura sólo sea visible en una frecuencia muy estrecha hace pensar a los astrónomos que quizás se trate de un "radiofenix". Este apodo se coloca a algunos fenómenos espaciales que se caracterizan por nacer, morir y aparecer de nuevo más tarde... como el pájaro mitológico del mismo nombre, el fénix.

Estiman que la estructura nació de una gran explosión cósmica como puede ser la explosión de un agujero negro. Con el tiempo se fue desvaneciendo a medida que se iba expandiendo y sus electrones perdían energía. Sin embargo, en algún momento otro cataclismo provocó que se revitalizara y cargase de nuevo energía.

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Si esto ocurre, la segunda explosión o evento cósmico es capaz de revitalizar la energía en los electrones provocando que brille de nuevo. Esto podría causar que la forma brille sólo en ciertas longitudes de onda y se desvanezca en otras, según los autores.

De momento son sólo estimaciones las que los investigadores pueden hacer, basándose en los datos que han podido recopilar hasta la fecha y las simulaciones por ordenador realizadas. Actualmente en Australia se está construyendo también el Square Kilometre Array, una red de cientos de antenas de radiotelescopio con las que esperan poder estudiar más en detalle esta curiosa estructura.

Vía | SciTechDaily
Más información | The Astrophysical Journal

Ayer por la noche, Donald Trump convocó a los medios para "un anuncio verdaderamente histórico" que iba a "reducir un 35% la mortalidad del virus". Se trataba de la aprobación, por parte de la agencia estadounidense del medicamento, del uso de plasma sanguíneo de pacientes recuperados de COVID-19 como tratamiento de "uso de emergencia".

En las últimas semanas, mientras la FDA se mostraba muy reticente a autorizar el llamado "plasma convaleciente", Trump acusaba a la agencia de retrasar vacunas y tratamientos por "razones políticas". Acaba así el vodevil político, pero el debate médico no ha hecho más que empezar. ¿Qué sabemos del tratamiento basado en plasma sanguíneo?

El "plasma convaleciente", en dos minutos

Hush Naidoo

Una enfermedad potencialmente mortal para la que no disponemos de vacunas ni tratamientos. Ese es el problema médico que supone el coronavirus y, por eso, desde hace meses, se trabaja en decenas de enfoques terapéuticos que nos permitan ganarle tiempo a la pandemia. Uno de los más evidentes ha sido el plasma sanguíneo. Al fin y al cabo, en la medida en que las personas se recuperaban de la infección y que todo apuntaba a que se generaba inmunidad, un plasma rico en anticuerpos podía ser un elemento vital para reactivar el sistema inmunitario y permitirle luchar contra el virus.

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Sin embargo, el sistema inmunitario es más complicado de lo que parece. Lo hemos visto en otras ocasiones: dependiendo de los mecanismos que resultan más efectivos para luchar contra el virus, hay veces que el plasma sanguíneo es una opción terapéutica interesante y otras, de las que hemos hablado largo y tendido estos años, sencillamente no. Como respuesta a esta intuición y a la urgencia por tener herramientas contra el COVID-19, los investigadores han puesto en marcha muchos estudios (y muy grandes).

Lamentablemente, los resultados no están siendo todo lo potentes que nos gustaría. La misma FDA decía hace unos días que, efectivamente, los datos "apoyan la conclusión de que [el plasma] puede cumplir los criterios de eficacia para tratar pacientes hospitalizados con COVID-19" y podría estar en condiciones de "conseguir la autorización en EEUU". "No obstante, siguen siendo necesarios ensayos aleatorios adecuados y bien controlados para una demostración definitiva de [...] eficacia y para determinar las características óptimas del producto y las poblaciones de pacientes adecuadas para su uso".

De hecho, hace menos de una semana varios investigadores norteamericanos de altísimo nivel (que incluían al director general de los Institutos Nacionales de Salud, Francis Collins y al líder de respuesta al COVID-19, Anthony Fauci) pidieron, en una declaración poco común, a la FDA que no autorizara su uso de emergencia porque no teníamos suficientes datos que avalaran la introducción masiva de este tratamiento.

Lecciones para el futuro

No hay, pues, ningún dato sólido que avale la idea de la reducción del 35% de mortalidad. Tampoco nada que asegure que estamos, realmente, ante un momento histórico. La forma más cabal de entender todo lo que está envolviendo al plasma sanguíneo en las últimas semanas nos devuelve, de nuevo, a la "carrera biotecnológica" por encontrar tratamientos y vacunas. En este caso, con un elemento extra: el hecho de que a principios de noviembre, en EEUU se celebrarán elecciones presidenciales y, a medida que la pandemia crece en el país norteamericano, empieza a ser uno de los temas centrales de la campaña.

Por lo que sabemos, es posible que el 'plasma convaleciente' acabe convirtiéndose en un herramienta estándar en el tratamiento del COVID-19. También es posible que acabe abandonado en un rincón de la historia. El tiempo nos dirá. No obstante, la lección más importante que podemos aprender es sobre cómo los mecanismos de aprobación de vacunas y tratamientos están sometidos a muchas presiones y fricciones que amenazan con afectar a la confianza de la sociedad en agencias y autoridades sanitarias. Ya sean estas presiones internas o externas, es algo a tener muy en cuenta.

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¿Cuántas veces puede descubrirse el mismo descubrimiento? Así nos estamos cargando la ciencia

No está muy claro cuál será la resolución de este conflicto, ni qué pasará después; pero sí que parece claro que uno de los grandes temas de la ciencia post-pandemia será el de la reconstrucción de sus estructuras, procedimientos y mecanismos para hacerlos más trasparentes, más resilientes y más robustos de cara al futuro.

Imagen | Pixabay

ITER sigue su camino con paso firme. El reactor experimental de fusión nuclear que un consorcio internacional encabezado por la Unión Europea está construyendo en Cadarache, una pequeña localidad del sur de Francia, tiene un propósito bien definido: producir alrededor de 500 megavatios de potencia durante no menos de 500 segundos utilizando solo un gramo de tritio como parte del combustible y después de invertir unos 50 megavatios de energía en la ignición del reactor de fusión.

Lo que persigue ITER es, en definitiva, demostrar que la fusión nuclear a la escala que el hombre puede manejar funciona. Y también que es rentable desde un punto de vista energético debido a que genera más energía de la que es necesario invertir para iniciar el proceso. Para que este reactor de fusión experimental sea viable es necesario que los científicos y los ingenieros involucrados en el proyecto superen grandes retos que aún están sobre la mesa. Y cuando lo hagan, cuando ITER consiga su objetivo, aún tendremos que realizar dos paradas más en la búsqueda de la tan ansiada fusión nuclear comercial: IFMIF y DEMO.

Qué es IFMIF-DONES y por qué es el camino necesario hacia DEMO

Como acabamos de ver, ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) no tiene vocación comercial. No aspira a ser el reactor de fusión nuclear que dentro de varias décadas esperamos encontrar dentro de las centrales de generación de energía eléctrica. La mayor parte de su tecnología sí se encontrará en esos reactores de fusión, pero su ambición tiene un alcance más comedido: demostrar que su tecnología funciona y que la rentabilidad energética es posible. Las primeras pruebas con plasma empezarán en 2025, y en 2035 la fusión nuclear con deuterio y tritio debería ser viable. Ese es el año en el que ITER debería alcanzar su objetivo.

DEMO tomará los avances tecnológicos que habrán demostrado funcionar en ITER y los llevará un paso más allá para afianzarse como el auténtico precursor de los reactores de fusión nuclear comerciales

No obstante, no debemos olvidar que se trata de un reactor de fusión nuclear experimental, y como tal no pretende sostener a largo plazo la producción de energía. El que sí tendrá que hacerlo es DEMO (DEMOnstration Power Plant), un reactor que tomará los avances tecnológicos que habrán demostrado funcionar correctamente en ITER y los llevará un paso más allá para afianzarse como el auténtico precursor de los reactores de fusión nuclear comerciales. Pero poner a punto DEMO también conlleva desafíos colosales en los que los científicos ya están trabajando.

El objetivo de DEMO está definido con tanta precisión como el de ITER: debe ser capaz de generar no menos de 2 gigavatios de potencia eléctrica de forma continua. Y las fechas de su itinerario también han sido fijadas. Si el delicado panorama económico en el que estamos sumidos actualmente no lo impide su construcción debería iniciarse a mediados de esta década, y a finales de la próxima, en 2038 o 2039, DEMO debería haber demostrado que la fusión nuclear comercial es viable y rentable. A partir de ahí podremos empezar a pensar en construir las primeras centrales de generación de electricidad que recurren a un reactor de fusión nuclear. Ahí es nada.

Este es el aspecto del toroide que confina el plasma a altísima temperatura dentro de los reactores de fusión nuclear por confinamiento magnético.

ITER es una parada en el camino necesaria hacia DEMO, pero hay otros retos que es necesario resolver para que este último proyecto llegue a buen puerto. Uno de los que tienen más envergadura consiste en cómo resolver la irradiación de los materiales utilizados en la cámara que confina el plasma responsable de sostener la fusión nuclear. Para llevarla a cabo en los reactores experimentales que nuestros físicos e ingenieros ya han construido debemos utilizar deuterio y tritio, dos isótopos del hidrógeno cuyos núcleos, al ser sometidos a temperaturas elevadísimas (cercanas a los doscientos millones de grados), comienzan a fusionarse.

La razón por la que es necesario que el núcleo del reactor alcance una temperatura tan alta es que es la única forma de conferir a los núcleos de deuterio y tritio, que son los componentes del combustible nuclear, la energía cinética que necesitan para que sean capaces de vencer su repulsión natural (ambos tienen carga eléctrica positiva), y puedan fusionarse, originando así un núcleo de helio y un neutrón. Un dato curioso y muy importante: el neutrón resultante de la fusión de los núcleos de deuterio y tritio sale despedido con una energía de unos 14 MeV (es una cantidad enorme de energía).

Estos neutrones de altísima energía son muy importantes debido a que son los que en la práctica van a permitirnos producir la energía eléctrica que necesitamos, pero, al mismo tiempo, representan una forma de radiación muy agresiva que puede degradar sensiblemente los materiales utilizados en el reactor. Los componentes que se verán más afectados por el impacto directo de los neutrones de alta energía y el flujo de calor más intenso son la pared interna del reactor y el blanket, que es un manto que la recubre y que tiene como propósito regenerar el tritio que es necesario utilizar como combustible en la reacción de fusión nuclear.

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En el interior del recinto limitado por la pared interna y el blanket se encuentra el plasma, que, como hemos visto, es el gas a altísima temperatura con los núcleos de deuterio y tritio involucrados en la fusión. Este gas se encuentra confinado en un campo magnético para evitar que entre en contacto directo con las paredes del contenedor. En este punto ya conocemos todo lo que necesitamos saber para intuir qué es IFMIF-DONES (International Fusion Materials Irradiation Facility DEMO-Oriented NEutron Source): un proyecto que pretende desarrollar los materiales que será necesario utilizar en la construcción del reactor nuclear de DEMO.

La instalación IFMIF para la que se está postulando Granada contará con dos aceleradores capaces de acelerar una corriente de 125 mA de deuterones hasta 40 MeV. Construirlos es un reto tecnológico de proporciones casi épicas.

En este proyecto la voz cantante actualmente la tienen la Unión Europea y Japón, que son quienes ponen la mayor parte del dinero. Pero, a su vez, IFMIF depende de las investigaciones que se están llevando a cabo en otros proyectos locales más pequeños. España está participando en la fase EVEDA (Engineering Validation and Engineering Design Activity), que se encarga de la validación de los procesos de ingeniería necesarios para llevar a buen puerto IFMIF.

En cualquier caso, lo más interesante es que para llevar a cabo las pruebas que plantea este proyecto es necesario irradiar diversos materiales con neutrones de alta energía muy similares a los que se producen dentro de los reactores de fusión nuclear. Esta es la única forma de averiguar cómo se comportan cuando son sometidos a este tipo de radiación. Y también es la única manera de identificar los materiales idóneos para construir el reactor de DEMO. Entonces ¿qué equipamiento necesitamos para obtener esos neutrones de alta energía? Ni más ni menos que un acelerador lineal de partículas diseñado para trabajar con una energía de 40 megaelectronvoltios (que es muchísima energía). Y, si todo sale bien, esta instalación podría residir en España.

Próxima parada: Granada

España se está postulando como uno de los principales actores dentro de los proyectos IFMIF y DEMO debido a que la Unión Europea ha elegido a Granada como posible sede del futuro acelerador de partículas IFMIF DONES, en el que se realizarán las pruebas de irradiación neutrónica de materiales. Eso sí, para disfrutar el privilegio, y la responsabilidad, de acoger esta instalación de altísima tecnología esta ciudad andaluza deberá imponerse a la ciudad propuesta como candidata por Japón.

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La candidatura española es muy sólida y cuenta con el necesario respaldo del Consejo de Seguridad Nuclear, por lo que podemos albergar la esperanza razonable de que la elección nos favorecerá aun teniendo presente que competir con un país con el potencial tecnológico y científico de Japón no es fácil. En cualquier caso, esta es una carrera de fondo. España ha conseguido imponerse a Polonia y Croacia para afianzarse como la única candidata europea que aspira a albergar IFMIF-DONES, y el respaldo de la Unión Europea, a la que por razones estratégicas le interesa que esta instalación se quede en Europa, puede marcar la diferencia.

La repercusión que una instalación científica del calibre de IFMIF-DONES puede tener no solo en Granada, sino también en toda España, es profunda. Y muy beneficiosa. Y es que un proyecto como este es un motor capaz de impulsar la innovación y el desarrollo tecnológico en tres pilares fundamentales: las instituciones públicas que se dedican a la investigación, las universidades y la empresa privada.

Además, más allá de la inversión inicial estimada en unos 360 millones de euros será necesario gastar 55 millones adicionales al año hasta 2033, y a partir de ahí, y después de realizar otra inversión de más de 600 millones, los promotores de IFMIF-DONES prevén gastar 100 millones de euros al año hasta 2050. Esta inversión generaría un retorno económico de más de 1.000 millones de euros que tendría un impacto directo tanto en Granada como en otras provincias españolas. No cabe duda de que actualmente más que nunca un proyecto como este sería muy bienvenido. Crucemos los dedos. Un último dato para concluir este artículo: la localidad granadina que acogerá IFMIF-DONES si la candidatura española gana la liza será Escúzar.

Imagen de portada | NASA
Imágenes | IFMIF-DONES | TDC
Más información | IFMIF-DONES ESPAÑA