El avance en la investigación de la fusión nuclear, anunciado el martes en Washington, tardó décadas en llegar, y por primera vez los científicos fueron capaces de generar una reacción que produjo más energía de la que se utilizó para iniciarla.
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Utilizando potentes láseres para concentrar una enorme cantidad de energía en una cápsula del tamaño de la mitad de un balín, los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, en California, iniciaron una reacción que produjo aproximadamente 1.5 veces la energía contenida en la luz utilizada para producirla.
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Aún faltan décadas para que la fusión pueda ser usada para producir electricidad en el mundo real, pero la promesa de la fusión es tentadora.
Si se aprovecha, puede producir energía casi ilimitada y libre de carbono para abastecer las necesidades eléctricas de la humanidad sin elevar la temperatura global y agravar el cambio climático.
Durante la conferencia de prensa en Washington, los científicos celebraron.
“Esto es bastante genial”, comentó Marvin Adams, el administrador adjunto de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear para los programas de defensa.
“El combustible de fusión en la cápsula se comprimió y empezaron las reacciones de fusión. Todo esto había sucedido antes, como 100 veces antes, pero la semana pasada por primera vez diseñaron este experimento para que el combustible de fusión permaneciera lo suficientemente caliente, denso y redondo durante el tiempo necesario para que se encendiera”, explicó Adams. “Y produjo más energía de la que los láseres habían depositado”.
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Este es un vistazo a qué es exactamente la fusión nuclear, y a algunos de los problemas que hay para volverla en la fuente de energía económica y libre de carbono que los científicos esperan que puede llegar a ser.
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¿Qué es la fusión nuclear?
Mire hacia el cielo, está ocurriendo justo arriba; las reacciones de fusión nuclear potencia el Sol y otras estrellas.
La reacción sucede cuando dos núcleos ligeros se fusionan para formar un único núcleo más pesado. Como la masa total de ese único núcleo es menor que la masa de los dos núcleos originales, la masa sobrante es energía que se libera en el proceso, según el Departamento de Energía.
En el caso del Sol, su intenso calor, millones de grados Celsius, y la presión ejercida por su gravedad permiten que se fusionen átomos que, en otras circunstancias, se repelerían.
Los científicos han entendido cómo funciona la fusión nuclear desde hace tiempo, y han tratado de duplicar el proceso en la Tierra desde la década de 1930.
Los intentos actuales se enfocan en fusionar un par de isotopos de hidrógeno, deuterio y tritio, de acuerdo con el Departamento de Energía, que señaló que esa combinación en particular libera “mucha más energía que la mayoría de reacciones de fusión” y requiere menos calor para hacerlo.
¿Qué tan importante podría ser?
Daniel Kammen, profesor de energía y sociedad en la Universidad de California, campus Berkeley, dijo que la fusión nuclear ofrece la posibilidad de un combustible “básicamente ilimitado” si la tecnología puede ser viable desde el punto de vista comercial. Los elementos necesarios están disponibles en el agua de mar.
También es un proceso que no produce residuos radioactivos como los de la fisión nuclear, señaló Kammen.
Cruzar la línea de ganancia neta de energía supone un gran logro, afirmó Carolyn Kuranz, profesora de la Universidad de Michigan y física experimental de plasma.
“Por supuesto, ahora la gente está pensando: ‘¿cómo hacemos que sean 10 veces más o 100 veces más?’ Siempre hay un siguiente paso”, señaló Kuranz. “Pero creo que es una línea clara de: ‘Sí, hemos logrado ignición en el laboratorio’”.
¿Cómo están tratando de conseguirlo?
Una forma que los científicos han probado para recrear la fusión nuclear involucra lo que se conoce como un tokamak, una cámara de vacío con forma de dona que utiliza potentes imanes para convertir el combustible en un plasma supercaliente (de entre 150 millones y 300 millones de grados Celsius) donde podría ocurrir la fusión.
El laboratorio Livermore utiliza una técnica distinta:
Los investigadores utilizan un láser de 192 haces sobre una pequeña cápsula llena con combustible de deuterio-tritio.
El laboratorio reportó que una prueba realizada en agosto de 2021 produjo 1.35 megajoules de energía de fusión, alrededor del 70% de la energía disparada al objetivo. Se comentó que en varios experimentos posteriores mostraron malos resultados, pero los investigadores creían que habían identificado formas para mejorar la calidad de la cápsula de combustible y la simetría de los láseres.
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¿Por qué es tan difícil lograr la fusión nuclear?
Se necesita más que un calor extremo y presión, también requiere de precisión.
La energía de los láseres debe ser aplicada de manera precisa para contrarrestar la fuerza de empuje del combustible de fusión, de acuerdo con Stephanie Diem, profesora de ingeniería física en la Universidad de Wisconsin, campus Madison.
Y eso es sólo para demostrar que se puede lograr una ganancia de energía. Es aún más difícil producir electricidad en una planta generadora.
Por ejemplo, los láseres del laboratorio sólo pueden activarse unas cuantas veces al día. Para producir energía de manera viable, necesitarían activarse rápidamente y se deberían insertar cápsulas varias veces por minuto, o incluso más rápido, señaló Kuranz.
Otro desafío es aumentar la efectividad, comentó Jeremy Chittenden, profesor del Imperial College de Londres que se especializa en física del plasma.
Los láseres utilizados en el laboratorio de Livermore necesitan mucha energía eléctrica, y los investigadores deben encontrar una forma de reproducir sus resultados en una manera mucho más rentable, añadió.
