Una reacción de fusión controlada ha generado por primera vez más energía de la que se invirtió en ella. Este es un gran impulso para una ruta alternativa a la fusión nuclear como fuente de energía, en la que los láseres en lugar de los campos magnéticos juegan el papel principal.
Por primera vez, una reacción de fusión controlada ha generado más energía de la necesaria para ponerla en marcha, confirman los investigadores. El experimento podría resultar un paso importante hacia la energía de fusión comercial, pero los expertos dicen que aún se necesita un esfuerzo tecnológico significativo para aumentar la eficiencia y reducir los costos.
Una vez y media más energía
Los rumores sobre el experimento, realizado en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) en California, surgieron el 11 de diciembre. El dia de ayer La noticia fue anunciada oficialmente en una conferencia de prensa.
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Allí, los científicos anunciaron que en un experimento realizado el 5 de diciembre, la Instalación Nacional de Ignición (NIF) del laboratorio generó 3,15 megajulios de energía a partir de una energía láser de 2,05 megajulios. Así que salió aproximadamente una vez y media más energía de la que entró. Sin embargo, esa ganancia está más que compensada por los aproximadamente 300 megajulios de energía necesarios para hacer funcionar los láseres.
Al igual que en el sol
Hay dos enfoques principales para lograr una generación de energía de fusión viable. En un caso, los campos magnéticos mantienen un plasma bajo control. El otro enfoque se realiza mediante láseres. NIF utiliza ese segundo enfoque, conocido como fusión de confinamiento inercial (ICF). En este proceso, los láseres disparan a una pequeña cápsula que contiene hidrógeno como combustible, lo que hace que se caliente y se expanda.
Esto provoca una reacción interna igualmente grande que comprime el combustible. Los núcleos de hidrógeno luego se fusionan para formar elementos más pesados. Parte de la masa se libera en forma de energía. El mismo proceso ocurre en el interior del sol.
500 billones de vatios
Hasta ahora, todos los experimentos de fusión han consumido más energía de la que produjeron. En el récord anterior de NIF, confirmado en agosto de este año, un experimento produjo una salida de 0,72 veces la energía que ingresa a la cápsula desde los láseres. El anuncio de ayer confirmó que los investigadores ahora no sólo el crucial cubrir los gastos-hito – ‘punto de equilibrio’ – se han logrado, pero incluso se superó.
Es decir, si ignoras la energía que se necesita para encender los láseres. En la conferencia de prensa, Jean-Michel Di-Nicola, líder de grupo en el LLNL, dijo que los láseres consumían 500 billones de vatios en su potencia máxima, que NIF solo alcanzó durante unas mil millonésimas de segundo. Esa es más energía de la que toda la red estadounidense puede suministrar junta.
‘Excelente ejemplo’
El resultado es un “gran ejemplo de lo que se puede lograr con la perseverancia”, dijo Arati Prabhakar, directora de políticas de la Oficina de Ciencia y Tecnología de la Casa Blanca. Según ella, esto nos acerca un paso más a la fusión nuclear aplicable.
“No se necesitó una generación para lograr esto, sino varias generaciones de investigadores”, dijo. ‘Promoviendo la interacción de la investigación y la construcción de sistemas técnicos complejos, donde ambas partes aprenden unas de otras, así es como hacemos las cosas realmente grandes y difíciles. Y este es un maravilloso ejemplo de eso.
El punto más caliente del sistema solar
jeremy chitterden, físico de plasma del Imperial College London en Inglaterra, dice que el resultado marca un momento histórico para la investigación de la fusión. “Es un hito por el que todos en la comunidad de fusión se han esforzado durante 70 años. Es una gran victoria para el método en el que llevamos casi cincuenta años trabajando: ICF.’
Las mayores inversiones en fusión nuclear se están destinando actualmente a abordar el confinamiento magnético. En particular, las flechas apuntan a un diseño de reactor llamado tokamak.
El Joint European Torus (JET), un tokamak cercano a la ciudad inglesa de Oxford, comenzó a funcionar en 1983. Cuando está encendido, forma el punto más caliente del sistema solar. Luego alcanza temperaturas de 150 millones de grados centígrados. A principios de este año, JET logró mantener una reacción durante 5 segundos. Se produjo una cantidad récord de energía de 59 megajulios.
Un sucesor más grande y moderno, ITER, se está construyendo actualmente en Francia. Debería comenzar sus primeros experimentos en 2027. Otro reactor del mismo diseño, KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research), sostuvo recientemente una reacción durante 30 segundos a temperaturas superiores a los 100 millones de grados.
Pequeñas hordas
director LLNL kim budil dijo en la conferencia de prensa que la demora entre el experimento y el anuncio se debió a que se le había pedido a un equipo de expertos independientes que revisara los datos. Agregó que ahora que se han confirmado los resultados, es probable que se pueda construir una central eléctrica con láser “dentro de unas pocas décadas”, pero que la tecnología para los tokamaks está más avanzada.
“Hay grandes obstáculos que superar, no solo en el campo de la ciencia, sino también en el campo de la tecnología”, dijo Budil. “Se trata de una cápsula, que se encendió una vez. Para llevar a cabo la fusión nuclear comercial, tienen que pasar muchas cosas. Tienes que ser capaz de hacer muchos, muchos encendidos por minuto, y tienes que construir un sistema robusto de láseres que pueda hacer el trabajo.’
Condiciones extremas
Por el momento, NIF solo puede hacer su trabajo por un tiempo extremadamente corto. A continuación, la instalación debe enfriarse durante unas horas antes de que pueda volver a encenderse. Los enfoques que prueban diferentes empresas emergentes podrían generar una mejor manera, dice Chitterden.
“Si seguimos apostando por megaproyectos que cuestan miles de millones de dólares y toman décadas, la fusión puede llegar demasiado tarde para ser útil en la lucha contra el cambio climático”, dice Chitterden. ‘Por lo tanto, creo que es importante probar diferentes enfoques. De esta manera, podemos tratar de encontrar una forma que cueste menos y se pueda realizar más rápido, de modo que tengamos algo en nuestras manos dentro de diez o quince años.’
Los resultados de NIF pueden proporcionar datos valiosos no solo para los ingenieros que trabajan en diseños de reactores, dice Chitterden. También pueden ayudar a avanzar en otras áreas de la física. Las reacciones observadas parecen más intensas y rápidas que las de nuestro sol. Tienen más en común con las reacciones que tienen lugar en una supernova. “Estamos alcanzando presiones, densidades y temperaturas que nunca hemos podido estudiar en el laboratorio”, dice. ‘Son procesos que nos permiten estudiar lo que sucede en los estados más extremos de la materia en el universo’.
Camina en ambos sentidos
Gianluca Sarri, que estudia la interacción entre los láseres y la materia en la Universidad de Queen en Belfast, Irlanda del Norte, dice que el resultado del NIF permite a los investigadores de fusión avanzar sabiendo que es posible generar energía a partir de la fusión nuclear. ‘Ahora es ‘solo’, entre comillas, una cuestión de afinar las cosas y hacer ajustes tecnológicos. Por supuesto que no podremos hacer eso ni hoy ni mañana, porque hay desafíos técnicos. Estamos a millas de distancia de un reactor. Pero estamos en el camino correcto. Cuando se trata de energía limpia, la investigación de fusión es la ruta más ambiciosa. Pero al final resultará ser el más gratificante, porque la cantidad de energía que puedes desbloquear con él es potencialmente ilimitada.’
Sarri también dice que cree que los tokamaks serán los primeros reactores de fusión en funcionamiento, pero que la investigación de ICF todavía tiene un papel importante que desempeñar. ‘Tenemos que caminar en ambos sentidos, porque pueden elevarse mutuamente a un nivel superior. Hay mucho intercambio de información entre los dos diseños. Las formas en que funcionan son, en concepto, similares.