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El 8 de agosto de 2021, 192 rayos láser bombeaban en una pequeña cápsula de oro una potencia mucho mayor que la de toda la red eléctrica estadounidense y encendían, durante una fracción de segundo, el mismo fuego termonuclear que alimenta el Sol.
El experimento sobre la energía de fusión, llevado a cabo por la National Ignition Facility del Lawrence Livermore National Laboratory de California, se explora en detalle en tres nuevos artículos – uno publicado en Physical Review Letters y dos papeles publicados en Physical Review E – que sostienen que los investigadores lograron la “ignición”, un paso crucial que demuestra que la fusión nuclear controlada es alcanzable. Pero las definiciones de lo que constituye la “ignición” varían, y sea cual sea la definición, los resultados de 2021 están todavía muy lejos de un reactor de fusión práctico, a pesar de producir una cantidad muy grande de energía.
La fusión nuclear consiste en la fusión de dos elementos, normalmente isótopos de hidrógeno, en el elemento más pesado helio. En el proceso se liberan enormes cantidades de energía, que es la que alimenta a estrellas como el Sol.
Una central de fusión produciría abundante energía utilizando únicamente el hidrógeno del agua como combustible, y produciendo helio como residuo, sin riesgo de fusiones ni radiaciones. Esto contrasta con la fisión nuclear, el tipo de reacción de las centrales nucleares actuales, que divide los núcleos de elementos pesados como el uranio para producir energía.
Mientras que las reacciones de fusión tienen lugar en el Sol, y la fusión incontrolada tiene lugar en las explosiones de armas termonucleares, el control de una reacción de fusión sostenida para generar energía ha eludido a los ingenieros nucleares durante décadas. Experimentos de diseño variado han conseguido producir reacciones de fusión durante periodos de tiempo muy pequeños, pero nunca han alcanzado la “ignición”, el punto en el que la energía liberada de una reacción de fusión es mayor que la cantidad de energía necesaria para generar y mantener esa reacción.
El equipo de la National Ignition Facility y los autores de uno de los tres nuevos trabajos publicado en la revista Physical Review Letters, sostienen que “la ignición es un estado en el que el plasma de fusión puede comenzar la “propagación de la combustión” en el combustible frío circundante, lo que permite la posibilidad de una alta ganancia de energía”. Es decir, la fusión comenzó en el combustible de hidrógeno frío y la reacción se expandió para generar mucha más energía que en experimentos anteriores.
El experimento del 8 de agosto de 2021 necesitó 1,9 megajulios de energía en forma de láseres ultravioleta para instigar una reacción de fusión en un pequeño gránulo congelado de isótopos de hidrógeno, -un diseño de reacción de fusión por confinamiento inercial- y liberó 1,3 megajulios de energía, es decir, cerca del 70% de la energía puesta en el experimento. La producción, en otras palabras, fue de más de un cuatrillón de vatios de potencia, aunque se liberara sólo durante una pequeña fracción de segundo.
“El disparo récord fue un gran avance científico en la investigación de la fusión, que establece que la ignición de la fusión en el laboratorio es posible en NIF”, Omar Hurricane, científico jefe del programa de fusión por confinamiento inercial del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, dijo en un comunicado. “Lograr las condiciones necesarias para la ignición ha sido un objetivo de larga data para toda la investigación de la fusión por confinamiento inercial y abre el acceso a un nuevo régimen experimental en el que el autocalentamiento de las partículas alfa supera todos los mecanismos de enfriamiento en el plasma de fusión.”
Los intentos posteriores de replicar el experimento han producido mucha menos energía de salida, la mayoría en el rango de 400 a 700 kilojulios, lo que ha llevado a algunos investigadores a sugerir que el diseño experimental de la National Ignition Facility es un callejón sin salida técnico, según informa el departamento de noticias de la revista Nature.
“Creo que deberían considerarlo un éxito y dejarlo”, dijo el físico y ex investigador de fusión láser del Laboratorio de Investigación Naval de Estados Unidos Stephen Bodner a Nature.
La Instalación Nacional de Ignición costó 3.500 millones de dólares, más de 2.000 millones de dólares más de lo previsto, y va con retraso, ya que los investigadores se fijaron inicialmente el año 2012 como fecha límite para demostrar que la ignición era posible utilizando el diseño.
Los nuevos estudios sugieren que los investigadores están dispuestos a seguir explorando de lo que es capaz la Instalación Nacional de Ignición, especialmente porque, a diferencia de otros investigadores de la fusión, los investigadores de la instalación no se centran principalmente en el desarrollo de plantas de energía de fusión, sino en comprender mejor las armas termonucleares.
“Estamos operando en un régimen al que ningún investigador ha accedido desde el fin de las pruebas nucleares”, dijo el Dr. Hurricane.”Es una oportunidad increíble para ampliar nuestros conocimientos mientras seguimos avanzando”.
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