El verdadero avance de la energía de fusión aún está a décadas de distancia

13/12/2022

El verdadero avance de la energía de fusión aún está a décadas de distancia

La semana pasada, adentro un tambor chapado en oro en un laboratorio del norte de California, un grupo de científicos recreó brevemente la física que alimenta al sol. Su experimento nocturno implicó disparar 192 láseres a la cápsula, que contenía una bolita del tamaño de un grano de pimienta llena de átomos de hidrógeno. Algunos de esos átomos, que normalmente se repelen, se juntaron y fusionaron, un proceso que produce energía. Según los estándares de las reacciones de fusión terrestres, era un lote de energía. Durante años, los científicos han realizado este tipo de experimentos solo para ver que no alcanzan la energía utilizada para cocinar el combustible. Esta vez, por fin, lo superaron.

Esa hazaña, conocida como ignición, es una gran victoria para quienes estudian la fusión. Los científicos solo han tenido que mirar las estrellas para saber que tal fuente de energía es posible: que combinar dos átomos de hidrógeno para producir un átomo de helio implica una pérdida de masa y, por lo tanto, de acuerdo con E = mc2, una liberación de energía. Pero ha sido un camino lento desde la década de 1970, cuando los científicos definieron por primera vez el objetivo de la ignición, también conocido como "punto de equilibrio". El año pasado, los investigadores de la Instalación Nacional de Ignición del Laboratorio Lawrence Livermore estuvieron cerca, generando alrededor del 70 por ciento de la energía láser que dispararon en el experimento. Siguieron adelante con los experimentos. Luego, el 5 de diciembre, justo después de la 1 am, finalmente tomaron la foto perfecta. Dos megajulios en; 3 megajulios de salida. Un 50 por ciento de ganancia de energía. “Esto demuestra que se puede hacer”, dijo Jennifer Granholm, Secretaria de Energía de EE. UU., en una conferencia de prensa esta mañana.

Para los científicos de fusión como Mark Cappelli, un físico de la Universidad de Stanford que no participó en la investigación, es un resultado emocionante. Pero advierte que aquellos que depositan esperanzas en la fusión como una fuente de energía abundante, libre de carbono y libre de desechos en el futuro cercano pueden quedarse esperando. La diferencia, dice, está en cómo los científicos definen el punto de equilibrio. Hoy, los investigadores del NIF dijeron que obtuvieron tanta energía como su láser disparó al experimento, un logro masivo y largamente esperado. Pero el problema es que la energía en esos láseres representa una pequeña fracción de la total potencia implicada en el encendido de los láseres. Según esa medida, NIF está recibiendo mucho menos de lo que está poniendo. “Ese tipo de punto de equilibrio es muy, muy, muy, muy adelante”, dice Cappelli. “Eso es décadas en el camino. Tal vez incluso medio siglo más adelante”.

El problema son los láseres ineficientes. Generar energía de fusión utilizando el método de NIF implica disparar docenas de rayos en un cilindro de oro llamado hohlraum, calentándolo a más de 3 millones de grados Celsius. Los láseres no apuntan directamente al combustible. En cambio, su objetivo es generar "una sopa de rayos X", dice Carolyn Kuranz, investigadora de fusión en la Universidad de Michigan. Éstos bombardean la diminuta pastilla de combustible que consta de los isótopos de hidrógeno deuterio y tritio, y la trituran.

Esto debe hacerse con perfecta precisión simétrica: una "implosión estable". De lo contrario, el pellet se arrugará y el combustible no se calentará lo suficiente. Para lograr el resultado de la semana pasada, los investigadores del NIF utilizaron modelos informáticos mejorados para mejorar el diseño de la cápsula que contiene el combustible y calibrar los rayos láser para producir la dispersión de rayos X adecuada.

Actualmente, esos láseres emiten alrededor de 2 megajulios de energía por pulso. Para los científicos de la fusión, esa es una cantidad enorme y emocionante de energía. Solo es equivalente a aproximadamente la energía utilizada en unos 15 minutos de funcionamiento de un secador de pelo, pero se entrega de una vez, en una millonésima de segundo. Producir esos rayos en NIF involucra un espacio casi del tamaño de un campo de fútbol, ​​lleno de lámparas intermitentes que excitan las varillas láser y propagan los rayos. Solo eso requiere 300 megajulios de energía, la mayor parte de la cual se pierde. Agregue a eso capas de sistemas de enfriamiento y computadoras, y rápidamente obtendrá una entrada de energía que es varios órdenes de magnitud mayor que la energía producida por la fusión. Entonces, el primer paso para la fusión práctica, según Cappelli, es usar láseres mucho más eficientes.

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