Novatron fue una de las 30 iniciativas privadas de fusión que asistieron al Taller Inaugural sobre Fusión del Sector Privado, que se celebró del 27 al 29 de mayo en Cadarache, Francia, en la sede de la Organización ITER. Erik Oden, cofundador y presidente de la empresa, presentó el enfoque único de Novatron para la fusión y el progreso que ha logrado hasta ahora. Como sucede con prácticamente cualquier tecnología nueva, cada empresa tiene sus propias ideas sobre cómo desarrollarla para que sea comercialmente viable. Pero todas ellas comienzan creando plasma, que es el cuarto estado de la materia. Mientras que la mayor parte de la materia en la Tierra se encuentra en uno de los otros tres estados de la materia (sólido, líquido y gaseoso), la mayor parte de la materia en el universo está en estado de plasma, que está formado por partículas cargadas (iones y electrones). El hidrógeno en el sol está en estado de plasma, donde se genera la mayor parte de la energía en el sistema solar. La presión en el sol hace que los átomos de hidrógeno se fusionen, formando helio y liberando una enorme cantidad de energía en el proceso. Máquinas de espejo magnético Novatron es una variación moderna de una máquina de espejo magnético, una arquitectura que se demostró por primera vez en 1955 en lo que ahora es el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. El concepto básico es disponer dos imanes grandes de tal manera que reflejen partículas cargadas de ida y vuelta entre regiones de los fuertes campos magnéticos. El espejo magnético es un enfoque simple para la fusión, con algunas ventajas claras, según Oden. Una solución de bajo costo con fácil abastecimiento de combustible y sin necesidad de equipo especial para deshacerse del exceso de calor causado por el flujo de neutrones, ofrece un funcionamiento continuo en estado estable y una beta muy alta, que es la relación entre la presión del plasma y la presión magnética. Las máquinas de beta alta logran una mayor producción con menos fuerzas magnéticas, lo que las hace más viables económicamente que aquellas con enfoques de beta baja, siendo todo lo demás igual. Los mayores desafíos con las máquinas de espejo tradicionales son la inestabilidad y el mal tiempo de confinamiento. El tiempo de confinamiento (cuánto tiempo una máquina puede mantener el combustible de plasma en su lugar) es una de las tres condiciones necesarias para iniciar y mantener una reacción de fusión, siendo las otras dos la densidad y el calor. Según Oden, la comunidad científica ha ideado a lo largo de los años soluciones para mejorar la estabilidad y el tiempo de confinamiento en las máquinas de espejos. Una de ellas se basa en las ideas de Jan Jäderberg, cofundador y director de tecnología de Novatron. Jäderberg encontró formas de minimizar los problemas con las inestabilidades del plasma que han impedido que la energía de fusión se convierta en una realidad. La solución que Novatron pretende construir es un espejo tándem axisimétrico (ATM) que combina dos conceptos básicos de fusión: espejos magnéticos y cúspides bicónicas. El espejo magnético clásico tiene un campo magnético que apunta en la dirección normal del plano de simetría y ofrece un buen confinamiento, pero es inestable. Las cúspides bicónicas, por otro lado, producen un campo magnético que es tangencial al plano de simetría y es estable, pero con un confinamiento deficiente. El concepto único de Novatron es una nueva categoría de confinamiento magnético, con un campo magnético normal en el plano de simetría como el espejo clásico, pero con un par de cúspides bicónicas adicionales. “Creamos un campo magnético que es convexo, si se mira desde dentro, y cóncavo, si se mira desde fuera”, dijo Oden. “Esto da como resultado un confinamiento muy bueno, y es inherentemente estable”. Según Oden, todos los imanes son circulares, por lo que es fácil de producir y es fácil de estabilizar mecánicamente. Novatron también logra una beta muy alta y tiene muchas formas diferentes de aumentar el rendimiento, haciendo que el confinamiento sea más largo y aumentando el volumen de plasma. Además, el diseño ATM hace que sea relativamente fácil mantener el plasma encendido sin tener que aplicar los complicados dispositivos de calentamiento requeridos por otros enfoques. El poder de las simulaciones por computadora Como todos los proyectos de fusión, Novatron tiene una hoja de ruta que consta de varias fases, comenzando con simulaciones que permiten a los investigadores validar y ajustar la física y la ingeniería subyacentes de su enfoque y terminando con un reactor de fusión comercial dentro de una década aproximadamente. Para simular su arquitectura, Novatron se basa en especialistas en simulación por computadora y en modelado físico, incluido Rickard Holmberg, físico computacional e ingeniero de software en Novatron. La plataforma de simulación que la compañía utiliza la mayor parte del tiempo es WarpX, que fue escrita y es mantenida por un equipo de investigadores, principalmente centrados en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. “Hicimos algunas mejoras y adaptaciones a la base WarpX para que se adaptara mejor a nuestras necesidades”, dijo Rickard Holmberg a Computer Weekly. El software de simulación se ejecuta en una amplia gama de hardware, desde una sola GPU en una estación de trabajo hasta grandes clústeres. Se ejecuta tanto en GPU AMD como NVIDIA, y puede usar OpenMP y MPI para la paralelización de la CPU. Novatron ejecuta más simulaciones en su propio hardware, pero a veces usa pequeños recursos de la nube. “Estamos buscando expandirnos a grandes clústeres”, dijo Holmberg. La compañía ha realizado una verificación informática exhaustiva y simulaciones de pruebas de estrés que muestran que Novatron es estable, en marcado contraste con el enfoque de espejo clásico notoriamente inestable. “Nuestros cálculos también han indicado que tendremos una mejora del tiempo de confinamiento de energía de un factor de 100 con respecto a las máquinas de espejo magnético tradicionales”, dijo Oden. Una serie de máquinas experimentales “Ahora estamos poniendo en funcionamiento nuestro primer reactor experimental, llamado Novatron 1, en Estocolmo, en el Instituto Real de Tecnología del Laboratorio LVM”, dijo Oden. “Esta será una celda central donde mostraremos plasma estable. Planeamos un segundo reactor experimental, Novatron 2, donde crearemos nuestro primer espejo tándem axisimétrico y agregaremos una funcionalidad de mejora del rendimiento. Esperamos lograr condiciones de fusión para 2027”. Como todas las demás empresas de fusión, antes de poner energía en una red, se producirá una máquina prototípica para demostrar la viabilidad comercial. Esta será Novatron 3, un reactor piloto que se completará en la década de 2030, suponiendo que la empresa se ciña a su hoja de ruta actual. Finalmente, Novatron 4 será un reactor de fusión completo para una planta de energía comercial. Si todo va bien, eso se logrará en la década de 2030. La empresa espera que su arquitectura única se convierta en el enfoque preferido para una fuente comercialmente viable de energía limpia, segura y prácticamente ilimitada a escala global.