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Todo lo que tienes que saber sobre el gran anuncio de la fusión nuclear

Físicos y funcionarios del Departamento de Energía revelaron un avance que algún día podría conducir a una energía sin carbono

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Rayos láser en el hohlraum, que contiene la cápsula de combustible objetivo.
Imagen: LLNL National Ignition Facility

El Departamento de Energía de EE. UU. anunció el martes por la mañana que los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore lograron ganar energía en una reacción de fusión, un hito muy aplaudido en la búsqueda de la humanidad de una fuente de energía confiable y sin carbono.

Las reacciones de fusión exitosas no son nada nuevo, pero el sector ha tenido un gran problema desde su inicio: los científicos no han podido obtener más potencia de una reacción de la que tenían que poner. Ahora, lo han conseguido.

El resultado trascendental de la Instalación Nacional de Ignición en California fue publicado inicialmente el domingo por el Financial Times ; la noticia fue confirmada hoy por funcionarios del gobierno. En una conferencia de prensa del Departamento de Energía esta mañana, científicos y expertos en políticas describieron el avance.

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Lograr la ignición significa que la ciencia ha “dado los primeros pasos tentativos hacia una fuente de energía limpia que podría revolucionar el mundo”, dijo Jill Hruby, Subsecretaria de Seguridad Nuclear y Administradora de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear, durante la conferencia de prensa.

El Departamento de Energía confirmó que la instalación logró la ignición justo después de la 1 am ET del 5 de diciembre. Marvin Adams, Administrador Adjunto de Programas de Defensa de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear, explicó el resultado sin rodeos: “alrededor de 2 megajulios adentro, alrededor de 3 megajulios afuera”.

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La fusión nuclear es una reacción termonuclear por la cual dos núcleos atómicos ligeros se fusionan para formar un solo núcleo más pesado. La reacción emite una gran cantidad de energía: la E = mc 2 de Einstein en acción. La fusión es la reacción que impulsa a las estrellas, y si los humanos pudieran recrear de manera confiable y eficiente la reacción en la Tierra, podríamos reducir drásticamente, o abandonar por completo, las fuentes sucias de combustible a base de carbono. (Las plantas de energía nuclear se basan en la fisión nuclear, un proceso diferente que produce menos energía que la fusión y da como resultado desechos radiactivos, cosa que no ocurre con la fusión).

La fusión se puede hacer de diferentes maneras. La Instalación Nacional de Ignición, el laboratorio del reciente avance, hace fusión nuclear basada en láseres. En el experimento reciente, los equipos del laboratorio enfocaron 192 rayos láser cerca de un objetivo del tamaño de un grano de pimienta en una capa de diamante 100 veces más suave que un espejo, entregando una notable cantidad de energía al objetivo aproximadamente mil millones de veces más rápido de lo que dura un parpadeo. La temperatura extrema (más de 55 millones de grados Celsius) y la presión (más de 100 mil millones de atmósferas terrestres) inducen la fusión nuclear en el objetivo.

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La cámara objetivo de la Instalación Nacional de Ignición.
Imagen: LLNL National Ignition Facility

“Todo esto había sucedido antes, cien veces”, dijo Adams. “Pero la semana pasada, por primera vez, diseñaron este experimento para que el combustible de fusión se mantuviera lo suficientemente caliente, lo suficientemente denso y lo suficientemente redondo, durante el tiempo suficiente para que se encendiera. Y produjo más energías que las que habían depositado los láseres”.

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La fusión impulsada por láser es solo una forma de imitar la física intensa del Sol. Los científicos también pueden catalizar la fusión nuclear en tokamaks y stellarators, recipientes en forma de rosquilla que generan campos magnéticos para confinar un plasma. Si bien la fusión impulsada por láser es fugaz y ocurre a altas presiones y densidades, la fusión magnética funciona a bajas presiones y densidades durante períodos prolongados.

Martin Greenwald, físico del Plasma Science and Fusion Center del MIT y miembro de la colaboración MIT-CFS, dijo a Gizmodo en un correo electrónico que el resultado es “un ejemplo de la madurez del campo y la validación de la ciencia subyacente”. Pero, dijo, existen grandes barreras para convertir esta ciencia en una fuente de energía práctica a mayor escala.

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“Si bien es un tour de force técnico, el enfoque general que adopta este experimento requeriría avances extraordinarios en tecnología para tener utilidad como fuente de energía”, agregó Greenwald. “Parece poco probable que alguna vez conduzca a un sistema práctico de energía de fusión. Por lo tanto, estamos buscando enfoques de confinamiento magnético”.

Uno de los mayores esfuerzos para demostrar la viabilidad tecnológica de la fusión magnética en un tokamak es ITER, que cuando esté terminado contendrá el imán superconductor más grande jamás construido y pesará 23.000 toneladas. El objetivo de ITER es producir 10 veces la cantidad de energía que se necesita para producir la reacción.

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En un correo electrónico enviado a Gizmodo, un portavoz de ITER anunció el resultado de NIF como “un logro histórico para la energía de fusión”.

Un tropo que viene de largo en la investigación de la fusión es que la revolución de la energía limpia mediante fusión siempre está a varias décadas de distancia. Los reporteros en la sesión informativa de hoy preguntaron (razonablemente, pero quizás en vano) si el reciente resultado experimental cambia esa cronología.

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“No seis décadas, no creo; no cinco décadas, que es lo que solíamos decir”, respondió Kim Budil, directora del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. “Creo que está pasando a un primer plano y, con un esfuerzo y una inversión concertados, unas pocas décadas de investigación sobre las tecnologías subyacentes podrían ponernos en condiciones de construir una planta de energía”.

Cuanto más parecen cambiar las cosas, más sigue igual.

Quizás la letra más importante en la fusión es la Q, que indica la proporción de energía utilizada para una reacción en comparación con la energía de salida. Antes de hoy, el tokamak JET ostentaba el récord de producción de energía, con un Q de 0,67, establecido en la década de 1990.

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Aunque la fusión impulsada por láser de la Instalación Nacional de Ignición es una configuración experimental muy diferente, ahora ha logrado una Q de 1.

Pero el encendido de la semana pasada viene con algunas advertencias importantes: por un lado, se necesitaba una enorme cantidad de energía para encender esos láseres: alrededor de 300 megajulios, como dijo Budil, para encender los láseres para disparar sus 2 megajulios. en el objetivo, produciendo 3 megajulios de poder de fusión.

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“La Instalación Nacional de Ignición se ha centrado en crear este primer paso”, dijo Budil. “Si no pudiéramos encender cápsulas en un laboratorio, no podrías ver un camino hacia una planta de energía de fusión por confinamiento inercial. Así que este fue un primer paso necesario”.

“Ahora que tenemos una cápsula que se enciende, tenemos que averiguar, ¿podemos hacerlo más simple?” añadió Budil. “¿Podemos comenzar a hacer que este proceso sea más fácil y más repetible? ¿Podemos empezar a hacerlo más de una vez al día?”

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Los datos del encendido del 5 de diciembre deberán analizarse con mucha mayor profundidad, lo que con suerte informará a otros equipos experimentales sobre cómo alcanzar esos múltiples objetivos. En un panel técnico realizado después de la conferencia de prensa, Michael Stadermann, Gerente del Programa de Fabricación de Target, dijo que la carcasa utilizada en el encendido del 5 de diciembre tenía fallas, lo que significa que el equipo espera que se puedan lograr o mejorar los mismos resultados en un futuro cercano.

“Tengo un mensaje especial para los oyentes que quieren trabajar en problemas emocionantes, desafiantes e importantes”, dijo Adams. “¡Estamos contratando!”