La fusión inercial ahora sí es posible

La fusión de núcleos atómicos libera grandes cantidades de energía. Es la reacción que hace brillar a las estrellas.

La física nuclear nos dice que la unión de los núcleos de hidrógeno se logra cuando están a cientos de millones de grados. En esas condiciones la materia no es un sólido, ni un líquido, ni un gas. La energía cinética de los núcleos de helio producto de las reacciones de fusión se deposita, por colisiones, en la zona más externa con el hidrógeno más denso, calentándola a su vez y propagando desde el interior hacia el exterior esa onda térmica. Lo que se necesita es que el proceso se repita de manera continuada en el tiempo y durante la vida del reactor. Y para eso el láser de esa energía debería ser repetitivo. La investigación está en ello, junto a la búsqueda de una optimización del mecanismo para que se use menos energía del láser.

Hace 50 años se propuso la idea de la fusión nuclear por confinamiento inercial, y ahora se ha demostrado finalmente una de sus ideas centrales. La fusión de núcleos atómicos libera grandes cantidades de energía. Es la reacción que hace brillar a las estrellas: dos núcleos de hidrógeno se unen y se convierten en helio, y en ese proceso una parte de la masa se convierte en energía. 

¿Es posible aprovechar esa reacción de forma que acabe siendo en el futuro una fuente de energía eléctrica para la humanidad? La física nuclear nos dice que la unión de los núcleos de hidrógeno se logra cuando están a millones de grados. En esas condiciones la materia no es un sólido, ni un líquido, ni un gas.

Los átomos se encuentran ‘descompuestos’ en sus dos componentes: núcleo −el que queremos unir− y electrones. Así descompuesta la materia es volátil, y es necesario confinarla en alguna forma de recipiente. En el reactor experimental de fusión nuclear ITER, actualmente en construcción en Francia, la contención se logra mediante potentes campos magnéticos.

Pero hay otra estrategia: el denominado confinamiento inercial. En 1972, el físico estadounidense John Nuckolls lo propuso como idea en un artículo de Nature. Se inició así una investigación que a lo largo de cinco décadas ha logrado muchísimos avances por y para la energía, pero también para otras áreas de la física y la tecnología, como los propios láseres. Pero es ahora, con los resultados publicados la semana pasada, cuando ha sido finalmente demostrada una de las ideas centrales de la fusión inercial.

En la fusión por confinamiento inercial cantidades muy pequeñas de materia, apenas miligramos de hidrógeno, específicamente de sus isótopos deuterio y tritio, contenidos en cápsulas de milímetros, deben alcanzar las mismas condiciones de temperatura y densidad que se dan en el Sol.

¿Cómo lograrlo? La respuesta está en un láser de alta energía y con pulsos de nanosegundos (0,000000001 segundos). En la fusión por confinamiento inercial se consigue, mediante láseres, que unos miligramos de hidrógeno (deuterio y tritio) en cápsulas de unos milímetros alcancen temperaturas como las del Sol. El láser deposita su energía en la capa externa de la cápsula con el hidrógeno, y provoca la expansión de dicha capa. Por ‘efecto cohete’ −recordemos que en un cohete el gas sale hacia el suelo y el cohete sube hacia el cielo− el resto de la masa del blanco se comprime rápidamente hacia dentro: una implosión. Una vez logradas las condiciones de temperatura en el centro del hidrógeno, comenzarán en él las reacciones de fusión nuclear.

Y ahora viene lo importante del resultado publicado el pasado 26 de enero en Nature y Nature Physics: demuestran que, tal y como se predijo hace 50 años, la energía cinética de los núcleos de helio producto de las reacciones de fusión se deposita, por colisiones, en la zona más externa con el hidrógeno más denso, calentándola a su vez y propagando desde el interior hacia el exterior esa onda térmica.

Naturalmente todos entendemos que, sin nada que siga ‘apretando’, la materia se expandirá y dejará de estar a las condiciones deseadas. El artículo en Nature Physics recoge los experimentos y los resultados computacionales realizados en la National Ignition Facility (NIF) del Lawrence Livermore National Laboratory de EE UU junto a otros laboratorios, que demuestra después de 50 años que ese mecanismo es una realidad. NIF es un láser de 2 megajulios de energía en cada pulso distribuida en 192 haces y de algunos nanosegundos de pulso.

Lo que se publica ahora demuestra la propagación de quemado en los experimentos de agosto de 2020 y febrero de 2021. En agosto de 2021 se alcanzaron valores aún superiores de energía, pero es un resultado que aún debe ser repetido. Lo que se necesita es que el proceso se repita de manera continuada en el tiempo y durante la vida del reactor. Y para eso el láser de esa energía debería ser repetitivo. La investigación está en ello, junto a la búsqueda de una optimización del mecanismo para que se use menos energía del láser.

La otra vía de lograr energía eléctrica de la fusión nuclear es la del confinamiento magnético, que tampoco arrojará resultados de manera inmediata. ITER es una instalación experimental no conectada a la red que va a permitir demostrar la ignición y quemado y la prueba de sistemas posteriormente aplicables al reactor final o DEMO.

El arranque será sobre 2025-2026 y su funcionamiento real hacia los logros previstos, en 2035. DEMO se plantea en la Unión Europea en la frontera del 2050-2060.

 

Fuente: https://www.agenciasinc.es/Opinion/Si-seguir-sonando-con-la-fusion-inercial-como-forma-de-energia-tiene-sentido

Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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