Los científicos anuncian avance en la búsqueda de la energía de fusión

Un equipo de científicos de la Instalación Nacional de Ignición (NIF) del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore alcanzó un hito en la búsqueda de la energía de fusión nuclear práctica mediante un proceso diseñado para el desarrollo y las pruebas de armas nucleares. El anuncio realizado el pasado 12 de febrero del 2014 afirma que el equipo utilizó una andanada del láser más poderoso del mundo para producir una reacción controlada de fusión en la cual se extrajo más energía del combustible nuclear del que se inviertió.
Si existe un sueño en el campo de la ingeniería, entonces la fusión nuclear controlada es lo más cercano que hay a un sueño entre los ingenieros . Al conseguir aprovechar literalmente el poder de las estrellas, la fusión nuclear constituye la promesa de obtener, para todos los efectos prácticos, una fuente de energía limpia e ilimitada. Desde que la fusión obtenida por el hombre se demostró por primera vez en 1951 por medio de un dispositivo en donde la reacción de fusión nuclear es iniciada con un arma de fisión, los científicos y los ingenieros han trabajado arduamente para encontrar alguna manera para producir un reactor de fusión práctico en lugar de una bomba de hidrógeno.

La historia del reactor de fusión es una que incluye tanto grandes avances como una frustración constante. Cuando el trabajo comenzó, se creía que el primer reactor práctico estaría listo en unos 25 años. Desde entonces y hasta la actualidad, aún sigue estando a 25 años de distancia. Esto se debe a que a pesar de que la fusión nuclear es relativamente simple en teoría, para conseguir una reacción controlada fuera del corazón de una estrella el proceso se hace extremadamente difícil. El truco está en llegar al punto de “encendido”, donde la energía liberada por el reactor es mayor que la energía invertida en la reacción misma, de tal forma que la reacción se haga auto-sostenible.

Un reactor de fusión funciona mediante la simulación de las condiciones en el interior del sol. En pocas palabras, los átomos de hidrógeno se fusionan en el Sol debido a que su enorme masa aplasta a los átomos para formar helio, liberando enormes cantidades de energía una vez que la fuerza nuclear fuerte que los mantiene separados es superada. Una bomba de hidrógeno hace lo mismo, sólo que se utiliza una bomba de fisión para crear las condiciones necesarias durante una millonésima de segundo.

Un reactor de fusión crea las presiones y temperaturas adecuadas mediante el uso de un plasma ionizado de deuterio o tritio (isótopos de hidrógeno), el cual es confinado y comprimido por medio de campos magnéticos o rayos láser para detonar la reacción. No es sorprendente que esto requiera enormes cantidades de energía, que desencadenan diversos procesos que calientan el plasma a temperaturas increíbles.

El avance del NIF no es una ignición propiamente dicha, pero es un punto de inicio significativo. El equipo del NIF consiguió lo que se llama una “ganancia de combustible”. Utilizando una matriz de 192 láseres de alta energía los cuáles fueron dirigidos a una pequeña esfera de plástico llena de una mezcla de deuterio y tritio, los científicos sometieron a la gota de combustible criogénico a 1,9 megajulios de luz para producir temperaturas similares al Sol durante una pequeña fracción de un segundo . El resultado fue una reacción de fusión, donde la energía puesta en el combustible fue superada por la energía generada por la reacción – algo que hasta ahora nunca se ha logrado en cualquier lugar fuera de una estrella o una bomba de hidrógeno, y es diez veces superior a todo lo visto anteriormente . La clave para esto es algo que se llama “boot-strapping”.

El boot-strapping funciona mediante el uso de las partículas alfa, que son átomos de helio despojados de sus electrones. Normalmente, cuando una reacción de fusión produce tales partículas, estas escapany se llevan una parte de la energía con ellas. En el bootstrapping, se hace la mezcla de deuterio/tritio para capturar las partículas alfa, lo que calienta el plasma aún más y libera más partículas alfa para incrementar la reacción.

Según el equipo científico, la clave para el boot-strapping fue conseguir que la carcasa de plástico que contiene el combustible no se desintegrara durante la compresión bajo un pulso de láser de alta energía, mediante la alteración del tiempo del pulso para “esponjar” el plástico ablativo, lo cual lo hizo más resistente. El equipo cree que esta desintegración en las pruebas anteriores obstaculizó la reacción y al modificar el láser fueron capaces de evitar esto.

“Lo que es realmente emocionante es que estamos viendo un aumento constante de la contribución a la producción de energía proveniente del proceso de bootstrapping que llamamos auto-calentamiento de partículas alfa conforme la implosión es forzada un poco más cada vez” afirma Omar Hurricane, autor principal del reporte del equipo.

Irónicamente, la generación de energía no era el objetivo principal del equipo. El NIF fue diseñado para proporcionar datos para los modelos informáticos que simulan la explosión de una cabeza nuclear en el marco del programa de EE.UU. para producir nuevas ojivas y para asegurar que las reservas existentes siguen siendo seguros y fiables. Hasta el tratado de prohibición de pruebas nucleares, esto se hubiera hecho mediante el uso de explosiones en ensayos subterráneos, pero el gobierno de los EE.UU. ahora se basa en láseres y supercomputadoras para el Programa de Administración de Arsenales de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear.

Eventualmente, los científicos esperan que el proceso de boot-strapping dará lugar a la ignición, pero esto será en el futuro, al igual que la aplicación práctica en un reactor comercial de fusión nuclear. Actualmente, el experimento sólo es capaz de producir una ganancia neta de alrededor de un 1 por ciento. Hay más trabajo por hacer y problemas de física que deben abordarse antes de llegar al final.