Wendelstein 7-X

El reactor Wendelstein 7-X ( W7-X ) es un estelarador experimental construido en Greifswald , Alemania , por el Instituto Max Planck de Física de Plasmas (IPP), y finalizado en octubre de 2015. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Su propósito es avanzar en la tecnología de estelaradores : aunque este reactor experimental no producirá electricidad, se utiliza para evaluar los componentes principales de una futura central eléctrica de fusión ; fue desarrollado a partir del reactor experimental predecesor Wendelstein 7-AS .

A partir de 2023El reactor Wendelstein 7-X es el dispositivo estelarador más grande del mundo. ^{[ 3 ]} Después de dos fases de operación exitosas que terminaron en octubre de 2018, el reactor fue desconectado para mejoras. ^{[ 4 ] [ 5 ]} La mejora se completó en 2022. Nuevos experimentos de fusión en febrero de 2023 demostraron un confinamiento más prolongado y una mayor potencia. ^{[ 6 ]} El objetivo de esta fase es aumentar gradualmente la potencia y la duración hasta 30 minutos de descarga continua de plasma, demostrando así una característica esencial de una futura central eléctrica de fusión: la operación continua. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

El nombre del proyecto, que hace referencia a la montaña Wendelstein en Baviera , se decidió a finales de la década de 1950, haciendo referencia al proyecto anterior de la Universidad de Princeton bajo el nombre de Proyecto Matterhorn . ^{[ 9 ]}

Este centro de investigación es un proyecto independiente en colaboración con el Instituto Max Planck de Física de Plasmas y la Universidad de Greifswald .

El dispositivo Wendelstein 7-X se basa en una configuración Helias de cinco periodos de campo . Es principalmente un toroide , compuesto por 50 bobinas magnéticas superconductoras no planas y 20 planas , de 3,5 m de altura, que inducen un campo magnético que impide que el plasma colisione con las paredes del reactor. Las 50 bobinas no planas se utilizan para ajustar el campo magnético. Su objetivo es una densidad de plasma de 3 × 10 ²⁰ partículas por metro cúbico y una temperatura de plasma de 60–130 megakelvins (MK). ^{[ 1 ]} 

El W7-X está optimizado según el principio cuasi-isodinámico . ^{[ 10 ]}

Los componentes principales son las bobinas magnéticas, el criostato , el recipiente de plasma, el divertor y los sistemas de calentamiento. ^{[ 11 ]}

Las bobinas ( NbTi en aluminio ^{[ 11 ]} ) están dispuestas alrededor de un revestimiento aislante térmico de 16 metros de diámetro  , denominado criostato. Un dispositivo de refrigeración produce suficiente helio líquido para enfriar los imanes y su carcasa (aproximadamente 425 toneladas métricas de "masa fría") hasta la temperatura de superconductividad (4  K ^{[ 12 ]} ). Las bobinas transportarán  una corriente de 12,8 kA y generarán un campo de hasta 3 teslas . ^{[ 12 ]} 

El recipiente de plasma, construido con 20 partes, está ajustado internamente a la compleja forma del campo magnético. Cuenta con 254 puertos (orificios) para el calentamiento del plasma y el diagnóstico de observación. La planta completa está construida con cinco módulos casi idénticos, que fueron ensamblados en la sala de experimentos. ^{[ 11 ]}

El sistema de calentamiento ^{[ 13 ]} incluye girotrones de alta potencia para calentamiento por resonancia ciclotrónica de electrones (ECRH), que suministrarán hasta 15  MW de calentamiento al plasma. ^{[ 14 ]} Para la fase operativa 2 (OP-2), después de completar el blindaje completo/refrigeración por agua, también estarán disponibles hasta 8  megavatios de inyección de haces neutros  durante 10 segundos. ^{[ 15 ]} Un sistema de calentamiento por resonancia ciclotrónica de iones (ICRH) estará disponible para la operación física en OP1.2. ^{[ 16 ]}

Un sistema de sensores y sondas basado en diversas tecnologías complementarias medirá propiedades clave del plasma, incluyendo los perfiles de la densidad electrónica y de la temperatura de electrones e iones, así como los perfiles de impurezas importantes del plasma y del campo eléctrico radial resultante del transporte de partículas de electrones e iones. ^{[ 17 ]}

El acuerdo de financiación alemán para el proyecto se negoció en 1994, estableciendo el Instituto Sucursal de Greifswald del IPP en el extremo noreste de la recién integrada Alemania Oriental . Su nuevo edificio se completó en 2000. Originalmente se esperaba que la construcción del estelarador finalizara en 2006. El ensamblaje comenzó en abril de 2005. Los problemas con las bobinas tardaron unos 3 años en solucionarse. ^{[ 11 ]} El cronograma se retrasó hasta finales de 2015. ^{[ 11 ] [ 18 ] [ 19 ]}

Un consorcio estadounidense de tres laboratorios (Princeton, Oak Ridge y Los Alamos) se convirtió en socio del proyecto, pagando 6,8 millones de euros del coste total final de 1060 millones de euros. ^{[ 20 ]} En 2012, la Universidad de Princeton y la Sociedad Max Planck anunciaron un nuevo centro de investigación conjunto en física de plasmas, ^{[ 21 ]} que incluiría la investigación sobre W7-X.

El final de la fase de construcción, que requirió más de 1 millón de horas de ensamblaje, ^{[ 22 ]} fue marcado oficialmente por una ceremonia de inauguración el 20 de mayo de 2014. ^{[ 23 ]} Después de un período de comprobación de fugas del recipiente, que comenzó en el verano de 2014, el criostato fue evacuado y las pruebas del imán se completaron en julio de 2015. ^{[ 12 ]}

El objetivo de la fase operativa 1 (OP 1.1), que comenzó el 10 de diciembre de 2015, era realizar pruebas integradas de los sistemas más importantes lo más rápido posible y obtener una primera experiencia con la física de la máquina. ^{[ 24 ] [ 25 ]} Ese primer día, el reactor produjo con éxito plasma de helio (con temperaturas de aproximadamente 1 MK) durante aproximadamente 0,1 s. Para esta prueba inicial con aproximadamente 1 mg de gas helio inyectado en el recipiente de plasma evacuado, se aplicó calentamiento por microondas durante un breve pulso de 1,3 MW. ^{[ 26 ]}

En diciembre y enero se realizaron más de 300 descargas con helio, con temperaturas que aumentaron gradualmente hasta alcanzar los seis millones de grados Celsius, para limpiar las paredes de la cámara de vacío y probar los sistemas de diagnóstico del plasma. Posteriormente, el 3 de febrero de 2016, la producción del primer plasma de hidrógeno dio inicio al programa científico. Los plasmas de mayor temperatura se produjeron mediante pulsos de calentadores de microondas de cuatro megavatios con una duración de un segundo; las temperaturas de los electrones del plasma alcanzaron los 100  MK, mientras que las de los iones llegaron a los 10  MK. Se realizaron más de 2000 pulsos antes del apagado. ^{[ 27 ]}

Cinco limitadores de grafito poloidal sirvieron como componentes principales en contacto con el plasma durante esta primera campaña (en lugar de los módulos del divertor). Las observaciones experimentales confirmaron las predicciones del modelado 3D que mostraron patrones de deposición de flujo de calor y partículas en los limitadores en clara correlación con las longitudes de las líneas de campo magnético abiertas en el límite del plasma. ^{[ 28 ] [ 29 ]}

Se planificó que dichas pruebas continuaran durante aproximadamente un mes, seguido de un cierre programado para abrir la cámara de vacío, revestirla con baldosas protectoras de carbono e instalar un "divertor" para eliminar impurezas y calor del plasma. El programa científico continuó mientras se aumentaba gradualmente la potencia y la duración de la descarga. ^{[ 30 ]} La topología especial del campo magnético se confirmó en 2016. ^{[ 31 ] [ 32 ]}

La fase operativa 1 (OP 1.1) concluyó el 10 de marzo de 2016 ^{[ 24 ] [ 33 ]} y comenzó una fase de actualización.

La fase operativa 1 continuó (OP 1.2) en 2017 ^{[ 34 ]} para probar el divertor (no refrigerado). ^{[ 35 ] [ 24 ] [ 36 ]}

En junio de 2018, una temperatura iónica récord de aproximadamente 40 millones de grados, una densidad de 0,8 × 10²⁰ ^partículas /m³ ^y un tiempo de confinamiento de 0,2 segundos produjeron un producto de fusión récord de 6 × ^10²⁶ grados-segundo por metro cúbico. ^{[ 37 ]}

Durante los últimos experimentos de 2018, la densidad alcanzó 2 × 10²⁰ ^partículas /m³ ^a una temperatura de 20 millones de grados. Con buenos valores de plasma, se obtuvieron plasmas de larga duración con tiempos de descarga prolongados de 100 segundos. El contenido energético superó 1 megajulio. ^{[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}

En 2021, un análisis de los datos del espectrómetro de cristal de imágenes de rayos X recopilados en el experimento de 2018 redujo sustancialmente la preocupante pérdida de calor por transporte neoclásico . Las colisiones entre partículas calentadas provocan que algunas escapen del campo magnético. Esto se debió a la optimización de la jaula del campo magnético, que fue esencial para lograr los resultados récord. ^{[ 42 ] [ 43 ]}

En 2025 se probó un inyector de combustible que combinaba el reabastecimiento continuo con el calentamiento pulsado. Durante 43 segundos, 90 gránulos de hidrógeno disparados al plasma a una velocidad de hasta 800 metros (2600 pies) por segundo lo calentaron hasta una temperatura máxima de 30 millones de °C. La producción de energía aumentó a 1,8 gigajulios durante una prueba de seis minutos, superando los 1,3 gigajulios producidos en febrero de 2023. Superó el récord alcanzado por el Tokamak Superconductor Avanzado Experimental (EAST) en China en 2025. ^{[ 44 ] [ 45 ]}

El apoyo financiero para el proyecto proviene en un 80 % de Alemania y en un 20 % de la Unión Europea. El 90 % de la financiación alemana proviene del gobierno federal y el 10 % del gobierno del estado de Mecklemburgo-Pomerania Occidental . La inversión total para el propio estelarador entre 1997 y 2014 ascendió a 370 millones de euros, mientras que el coste total del emplazamiento de la central eléctrica independiente (IPP) en Greifswald , incluyendo la inversión más los costes operativos (personal y recursos materiales), ascendió a 1060 millones de euros durante ese período de 18 años. Esto superó la estimación presupuestaria original, principalmente porque la fase de desarrollo inicial fue más larga de lo previsto, duplicando los costes de personal. ^{[ 53 ]}

En julio de 2011, el presidente de la Sociedad Max Planck , Peter Gruss , anunció que Estados Unidos contribuiría con 7,5 millones de dólares en el marco del programa "Enfoques innovadores para la fusión" del Departamento de Energía de Estados Unidos . ^{[ 54 ]}

• Estelaradores similares:
  • Dispositivo helicoidal de gran tamaño , Japón, Heliotron, superconductor (1998–2025)
  • Experimento de simetría helicoidal , EE. UU., simetría cuasi-helicoidal
  • El experimento National Compact Stellarator , con una configuración Helias de tres periodos de campo, tuvo problemas similares con las bobinas; su construcción se detuvo en 2008.

• Sitio web oficial
• El primer plasma de helio en YouTube

54°04′23″N 13°25′26″E / 54.073°N 13.424°E / 54.073; 13.424