Un experimento de 2021 encendió la fusión nuclear, que ahora ha sido confirmado por el análisis de datos, pero los intentos de replicar esto en el último año han fallado.
Funcionó. Un análisispublicado en la revista de física Physical Review Letters, ha confirmado que un experimento en 2021 provocó una reacción de fusión nuclear que produce suficiente energía para sostenerse, acercando un paso más la utilidad de la fusión nuclear como fuente de energía.
El encendido de la fusión tuvo lugar el 8 de agosto de 2021 en el Instalación Nacional de Encendido (NIF) del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California, pero desde entonces los investigadores del NIF no han logrado reproducir este hito. Durante el año pasado, analizaron las condiciones experimentales que luego llevaron a la inflamación para determinar cómo pueden repetir el truco.
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Potentes rayos láser
En el experimento, 192 de los rayos láser más poderosos del mundo golpearon una cápsula de tamaño milimétrico llena de hidrógeno. Esto convirtió la cápsula en un plasma caliente que colapsó en una esfera unas 18.000 veces más caliente que la superficie del sol. La presión era más de 100 millones de veces la presión atmosférica.
Bajo estas condiciones extremas, los núcleos de hidrógeno se fusionaron en núcleos de helio, liberando 1,3 megajulios de energía. Eso es el equivalente a alimentar 10 cuatrillones de vatios por 100 billonésimas de segundo. Este fue el rendimiento energético más alto que NIF haya logrado jamás.
El nuevo análisis muestra que el experimento también acercó la instalación al tipo de reacción de fusión que en última instancia podría servir como fuente de energía, al cumplir con el llamado criterio de Lawson para la ignición. Esto establece que el calentamiento de la fusión nuclear debe ser lo suficientemente potente como para superar cualquier proceso físico que pueda enfriar el plasma.
Criterio de Lawson
«Descubrimos que cumplimos con el criterio de Lawson, lo que demuestra que no solo es posible, sino que es posible en el NIF», dijo el físico y diseñador de experimentos. annie kritcher. «Esta es la primera vez que superamos el criterio de Lawson en el laboratorio».
físico sam wurzelun consultor del Departamento de Energía de EE. UU., dice que superar este criterio proporciona evidencia crítica para la fusión nuclear y un resultado que probablemente acelerará la investigación y el desarrollo en la ciencia de la fusión tanto para la seguridad nacional como para las aplicaciones energéticas.
El criterio de Lawson, formulado en 1955 por el físico John Lawson, tiene en cuenta variables como la densidad de un plasma y cuánto tiempo debe estar confinado el plasma para producir una reacción sostenida. «Obtienes lo que se llama una combustión que se propaga: la fusión provoca más fusión, lo que a su vez provoca más fusión, lo que a su vez provoca más fusión», explica el físico teórico. steven cowley de la Universidad de Princeton.
Rendimiento energético
En el análisis, los datos experimentales se probaron con nueve versiones diferentes del criterio de Lawson, cada una de las cuales dicta cómo deben relacionarse entre sí los diferentes conjuntos de mediciones durante la ignición. La inflamación se logró de acuerdo con todas estas versiones, superando la tendencia natural de una reacción a enfriarse y detenerse. Si la reacción no se hubiera calentado de esta manera, la producción de energía habría sido mucho menor, dijo Cowley.
Desde agosto de 2021, los investigadores del NIF han realizado cuatro experimentos similares, con rendimientos energéticos de hasta dos tercios del valor récord, pero sin alcanzar la ignición, dice Kritcher. Según ella, el experimento es muy sensible a pequeños cambios, como diferencias apenas perceptibles en la estructura del material de cada cápsula de hidrógeno, o pequeñas variaciones en la intensidad de los láseres.
«Si comienza con un punto de partida microscópicamente peor, eso se reflejará en una diferencia mucho mayor en el rendimiento de energía final», dice el físico de plasma. jeremy chittenden del Imperial College London, que trabajó en el análisis. ‘El experimento del 8 de agosto fue el mejor escenario’.
la semilla de chía
Kritcher dice que ella y sus colegas han realizado «muchas investigaciones diagnósticas y científicas» durante el último año para descubrir exactamente qué condujo a la inflamación. Descubrieron que incluso el tamaño del pequeño tubo que llena la cápsula con hidrógeno (que es más pequeño que una semilla de chía) hace una gran diferencia. Y también lo es la forma en que los átomos de hidrógeno se organizan dentro de la cápsula. Kritcher dice que el equipo de NIF quiere usar este conocimiento no solo para replicar esas condiciones, sino también para hacer que el experimento sea más resistente a pequeñas desviaciones para que pueda encenderse de manera confiable una y otra vez.
«No querrás estar en una posición en la que tengas que hacer todo bien para encender», dice Chittenden. La ignición confiable y repetida en NIF es importante, pero todavía hay un obstáculo que superar antes de que las plantas de energía basadas en fusión se conviertan en una posibilidad realista. La cantidad de energía producida después de la ignición debe ser mayor que la cantidad de energía que le inyectan los láseres. Con el experimento del 8 de agosto, esto se logró en alrededor del 72 por ciento.
Eso haría más factible el uso de la fusión para plantas de energía limpia en el futuro, pero ese futuro podría estar a muchos años de distancia. De hecho, para la producción de energía comercial, la reacción de fusión tendría que producir más de cien veces más energía de la que se necesita para lograr la ignición, dice Cowley.