EE UU da un paso gigantesco en la fusión nuclear
La cámara objetivo de la Instalación Nacional de Ignición de LLNL, donde 192 rayos láser entregaron más de 2 millones de julios de energía ultravioleta a una pequeña pastilla de combustible para crear una ignición por fusión/Llnl.gov
En la búsqueda de algunas respuestas en el universo, el pensamiento científico también ha querido simular la energía de las estrellas, que se promete como una fuente limpia, sostenible y casi inagotable. El gobierno de EE UU anunció, en medio de gran júbilo, un paso gigantesco en la investigación de la fusión nuclear. Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California lograron una «ganancia neta de energía» por primera vez en la historia.
Los investigadores informaron que los experimentos de fusión habían liberado más energía de la que bombeaban los enormes láseres de alta potencia del laboratorio. Un logro histórico conocido como ignición o ganancia de energía y del que se hablará en los años por venir.
La tecnología está lejos de estar lista para convertirse en plantas de energía viables, y no está a punto de resolver la crisis climática. Pero los científicos elogiaron el avance como evidencia de que el poder de las estrellas se puede aprovechar en la Tierra.
«Esta es una de las hazañas científicas más impresionantes del siglo XXI», señaló Jennifer Granholm, secretaria de Energía de EE UU. Este importante logro “refuerza nuestra seguridad nacional y la ignición nos permite replicar ciertas condiciones que solo se encuentran en las estrellas y en el sol”, agregó la funcionaria. Y ,»este hito nos acerca un paso significativo a la posibilidad de que la energía de fusión con abundancia cero de carbono impulse a nuestra sociedad».
Entretanto, Arati Prabhakar, director de políticas de la Oficina de Ciencia y Tecnología de la Casa Blanca, compartió su opinión. «La semana pasada dispararon un montón de láseres a una bolita de combustible y se liberó más energía de esa ignición de fusión que la energía de los láseres”.
EE UU marca un hito histórico en la fusión nuclear
La energía de fusión plantea la perspectiva de abundante energía limpia: las reacciones no liberan gases de efecto invernadero ni subproductos de desechos radiactivos. Un solo kilogramo de combustible de fusión, que se compone de formas pesadas de hidrógeno llamadas deuterio y tritio, proporciona tanta energía como 10 millones de kilogramos de combustible fósil. Pero se han necesitado 70 años para llegar a este punto.
Jill Hruby, de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear (NNSA), dijo que EE UU había «dado el primer paso tentativo hacia una fuente de energía limpia que podría revolucionar el mundo».
La Instalación Nacional de Ignición (NIF) es un vasto complejo en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. Fue construido para realizar experimentos que recrean, brevemente y en miniatura, los procesos desatados dentro de las bombas nucleares. Esto permite a EE UU con sus investigaciones de fusión nuclear, mantener sus ojivas nucleares sin necesidad de pruebas nucleares, señala la entidad.
Pero los experimentos también son peldaños hacia la energía de fusión limpia. Para lograr las reacciones, los investigadores disparan hasta 192 láseres gigantes en un cilindro de oro de un centímetro de largo llamado hohlraum. La intensa energía calienta el contenedor a más de 3 millones de grados centígrados, más caliente que la superficie del sol. Y baña una pastilla de combustible del tamaño de un grano de pimienta en rayos X.
Los rayos X arrancan la superficie de la bolita y desencadenan una implosión similar a la de un cohete. Elevando las temperaturas y presiones a extremos que solo se ven dentro de estrellas, planetas gigantes y detonaciones nucleares. La implosión alcanza velocidades de 400 km por segundo y hace que el deuterio y el tritio se fusionen.
Ganancia neta de energía
Este paso de EE UU en la fusión nuclear lleva décadas de investigación en este fascinante pero complejo proceso.
Cada par de fusión de núcleos de hidrógeno produce un núcleo de helio más ligero y un estallido de energía de acuerdo con la ecuación de Einstein E=mc2. El deuterio se extrae fácilmente del agua de mar, mientras que el tritio se puede obtener a partir del litio que se encuentra en la corteza terrestre.
En el último experimento que ha generado satisfacción, los investigadores inyectaron 2,05 megajulios de energía láser y obtuvieron alrededor de 3,15 MJ. Una ganancia de aproximadamente el 50% y una señal de que las reacciones de fusión en el gránulo estaban impulsando más reacciones de fusión. “La producción de energía tomó menos tiempo del que tarda la luz en viajar una pulgada”, dijo Marvin Adams, de la NNSA.
Entretanto, la secretaria de Energía manifestó que este hallazgo “ayudará a resolver los problemas más complejos y apremiantes de la humanidad. Como proporcionar energía limpia para combatir el cambio climático y mantener una disuasión nuclear sin pruebas nucleares”.
Sin embargo, siguen existiendo enormes obstáculos en la búsqueda de plantas de energía de fusión. Si bien la pastilla liberó más energía que la que pusieron los láseres, el cálculo no incluye los aproximadamente 300 megajulios necesarios para encender los láseres en primer lugar.
Los láseres NIF se disparan una vez al día, pero una planta de energía necesitaría calentar los objetivos 10 veces por segundo. Luego está el costo de los objetivos. Los que se usaron en el experimento de EE UU costaron decenas de miles de dólares, pero para una planta de energía viable, tendría que costar centavos. Otro problema es cómo sacar la energía en forma de calor, reseñó The Guardian.
No ayudará a la crisis energética
Kim Budil, director del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, dijo que con suficiente inversión, «unas pocas décadas de investigación podrían ponernos en condiciones de construir una planta de energía». Una planta de energía basada en tecnología alternativa utilizada en el Joint European Torus (JET) en Oxfordshire podría estar lista antes, agregó.
“En algunos sentidos todo cambia; en otro, nada cambia”, agregó Justin Wark. Profesor de física en la Universidad de Oxford y director del Centro de Ciencias de Alta Densidad de Energía de Oxford. “Este resultado prueba lo que la mayoría de los físicos siempre creyeron: la fusión en el laboratorio es posible. Sin embargo, los obstáculos que hay que superar para hacer algo parecido a un reactor comercial son enormes y no deben subestimarse”.
Dijo que preguntar cuánto tiempo se necesitaría para superar los desafíos era como preguntar a los hermanos Wright cuánto tiempo se tardaría en construir un avión para cruzar el Atlántico justo después de su vuelo inaugural. “Entiendo que todos quieran pensar en esto como la gran solución a la crisis energética. No lo es, y quienquiera que lo diga con alguna certeza está engañando”.
Refirió que “es muy poco probable que la fusión nuclear, adelantada por EE UU tenga un impacto en una escala de tiempo lo suficientemente corta como para afectar nuestra actual crisis de cambio climático. Por lo que no debemos cejar en nuestros esfuerzos en ese sentido”.
En los años 60, científicos de Livermoore dirigidos por John Nuckolls plantearon la hipótesis de que los rayos láser podrían ser utilizados para conseguir una ignición por fusión. Es decir, recrear las altas temperaturas y presiones que se dan en los núcleos de las estrellas. A partir de entonces comenzaron a crear un sistema láser que ocupa un edificio de diez pisos del tamaño de tres campos de fútbol americano. Y que se tardó 12 años en ser completado tal y como se encuentra en la actualidad.
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Citations & References:
National Ignition Facility achieves fusion ignition. Llnl.gov
What is nuclear fusion and what have scientists achieved?. Theguardian.com
Practical fusion reactors. Technologyreview.com
US scientists confirm ‘major breakthrough’ in nuclear fusion. Theguardian.com
EE. UU. da un paso histórico para lograr una energía limpia e inagotable con la fusión nuclear. Abc.es
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