La Secretaria de Energía de Estados Unidos, Jennifer Granholm, anunció este martes que un grupo de investigadores Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de California había logrado un «importante avance científico» en la búsqueda de décadas de la fusión de energía, la energía que alimenta el sol y las estrellas.
Según Granholm y otros funcionarios, el logro allanará el camino para avances en la defensa nacional y el futuro de la energía limpia. Granholm se presentó junto a investigadores del Livermore en una conferencia de prensa en Washington.
«Este es un logro histórico para los investigadores y el personal del Organismo Nacional de Ignición que han dedicado sus carreras a investigar cómo la ignición por fusión podía convertirse en una realidad, y este hito sin duda provocará aún más descubrimientos», afirmó Granholm, añadiendo que el avance «pasará a los libros de historia″.
La asesora científica de la Casa Blanca, Arati Prabhakar, que apareció junto a Granholm, calificó la ignición por fusión como «un tremendo ejemplo de lo que la persistencia puede lograr», y «una inimaginable maravilla de la ingeniería».
¿Qué es la fusión?
La fusión es la reacción termonuclear que da energía al Sol y a otras estrellas: la fusión de átomos de hidrógeno en helio. La masa del helio es ligeramente inferior a la de los átomos de hidrógeno originales.
Por tanto, según la emblemática ecuación de Einstein E=mc2, esa diferencia de masa se convierte en una explosión de energía.
Una fusión que pudiera producirse de forma controlada en la Tierra podría significar una fuente de energía que no produjera gases de efecto invernadero, como el carbón y el petróleo, ni peligrosos residuos radiactivos de larga vida, como las centrales nucleares actuales.
¿Cómo se produce la fusión sin una estrella?
Hasta la fecha, la mayoría de los proyectos de fusión han empleado reactores en forma de rosquilla, conocidos como tokamaks.
En estos reactores, el hidrógeno gaseoso se calienta lo suficiente como para que los electrones se desprendan de los núcleos de hidrógeno, creando lo que se conoce como plasma: nubes de núcleos cargados positivamente y electrones cargados negativamente.
Los campos magnéticos atrapan el plasma dentro de la forma de rosquilla y los núcleos se fusionan, liberando energía en forma de neutrones que vuelan hacia el exterior.
El anuncio de este martes, sin embargo, implica un enfoque diferente.
El Organismo Nacional de Ignición (NIF, por sus siglas en inglés) consta de 192 láseres gigantes que disparan simultáneamente a un cilindro metálico del tamaño de la goma de borrar de un lápiz.
El cilindro, calentado a unos 5,4 millones de grados Fahrenheit, se vaporiza, generando una implosión de rayos X, que a su vez calienta y comprime una pastilla del tamaño de una pelota de balines de deuterio y tritio congelados, dos formas más pesadas de hidrógeno.
La implosión funde el hidrógeno en helio, creando la fusión.
¿Qué avances se han logrado hasta ahora en la fusión por láser?
El objetivo principal del NIF, construido con un costo de 3.500 millones de dólares, es realizar experimentos que ayuden a Estados Unidos a mantener sus armas nucleares sin explosiones nucleares de prueba.
Sus defensores también afirman que podría hacer avanzar la investigación sobre la fusión que podría dar lugar a centrales eléctricas comerciales viables.
Sin embargo, al principio NIF apenas generaba fusión.
En 2014, los científicos de Livermore informaron finalmente de su éxito, pero la energía producida entonces fue minúscula: el equivalente a lo que consume una bombita de 60 vatios en cinco minutos.
El año pasado, los científicos de Livermore informaron de un gran salto, un estallido de energía –10 cuatrillones de vatios de potencia– que equivalía al 70% de la energía de la luz láser que incide sobre el objetivo de hidrógeno.
Pero el estallido –esencialmente una bomba de hidrógeno en miniatura– duró sólo 100 trillonésimas de segundo.
Un informe del Financial Times del pasado domingo sugería que Livermore anunciaría que en el más reciente experimento la energía de fusión producida superó la cantidad de energía láser que golpeó el objetivo de hidrógeno.
Para que esto ocurriera, la reacción de fusión debía ser autosostenida, es decir, el torrente de partículas que fluía hacia el exterior desde el punto caliente del centro de la pastilla calentaba los átomos de hidrógeno circundantes y hacía que también se fusionaran.
¿Cuáles son los obstáculos a la energía de fusión?
Una advertencia importante es que la afirmación se centra en la energía láser que alcanza el objetivo de hidrógeno.
Los láseres del NIF son extremadamente ineficaces, lo que significa que sólo una pequeña fracción de la energía utilizada para alimentar los láseres llega realmente a los propios haces.
Una tecnología más moderna, como los láseres de estado sólido, sería más eficaz, pero aún estaría lejos del 100% de fusión; para que sea práctica, la producción de energía de fusión debe ser al menos varias veces superior a la de los láseres de entrada.
¿Este el anuncio significa que pronto tendremos energía de fusión barata?
No.
Aunque los científicos descubrieran cómo generar mayores estallidos de fusión, seguirían existiendo inmensos obstáculos de ingeniería.
Los experimentos del NIF han estudiado una explosión cada vez.
Una central de fusión práctica que utilizara este concepto requeriría un ritmo de ametralladora de ráfagas láser con nuevos objetivos de hidrógeno deslizándose en su lugar para cada ráfaga.
Luego, los torrentes de neutrones que salen despedidos de las reacciones de fusión tendrían que convertirse en electricidad.
El complejo láser ocupa un edificio con una superficie equivalente a tres campos de fútbol: demasiado grande, demasiado caro y demasiado ineficaz para una central eléctrica comercial.
Habría que desarrollar un proceso de fabricación para producir en serie los objetivos de hidrógeno precisos.
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