Los científicos utilizaron un método poco convencional para crear fusión nuclear para producir una explosión de energía récord de más de 10 billones de vatios, al disparar intensos rayos de luz de los láseres más grandes del mundo a una pequeña bolita de hidrógeno. Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en el norte de California dijeron que habían enfocado 192 láseres gigantes en la Instalación Nacional de Ignición (NIF) en un gránulo del tamaño de un guisante, lo que resultó en la liberación de 1.3 megajulios de energía en 100 billonésimas de segundo, aproximadamente 10 % de la energía de la luz solar que golpea la Tierra en cada momento, y aproximadamente el 70% de la energía que la pastilla había absorbido de los láseres. Los científicos esperan llegar algún día al punto de equilibrio o “ignición” del gránulo, donde emite el 100% o más de energía de la que absorbe. El rendimiento energético es significativamente mayor de lo que esperaban los científicos y mucho mayor que el récord anterior de 170 kilojulios que establecieron en febrero.
Los investigadores esperan que el resultado amplíe su capacidad para investigar las armas de fusión nuclear, la misión principal del NIF, y que podría conducir a nuevas formas de aprovechar la energía de la fusión nuclear, el proceso que alimenta el sol y otras estrellas. Algunos científicos esperan que la fusión nuclear pueda algún día ser un método relativamente seguro y sostenible para generar energía en la Tierra.
“Este resultado es un paso histórico para la investigación de fusión por confinamiento inercial, abriendo un régimen fundamentalmente nuevo para la exploración y el avance de nuestras misiones críticas de seguridad nacional”, dijo Kim Budil, director del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, en un comunicado.
Láseres gigantes
Las plantas de energía nuclear modernas utilizan la fisión nuclear, que genera energía al dividir los núcleos pesados de elementos como el uranio y el plutonio en núcleos más ligeros. Pero las estrellas pueden generar aún más energía a partir de la fusión nuclear, un proceso de aplastamiento de núcleos más ligeros para formar elementos más pesados.
Las estrellas pueden fusionar muchos elementos diferentes, incluidos el carbono y el oxígeno, pero su principal fuente de energía proviene de la fusión del hidrógeno en helio. Debido a que las estrellas son tan grandes y tienen una gravedad tan fuerte, el proceso de fusión tiene lugar a presiones muy altas dentro de la estrella. La mayoría de los esfuerzos de Earthbound para generar energía a partir de la fusión, como el proyecto gigante ITER que se está construyendo en Francia, utilizan en su lugar una cámara en forma de rosquilla llamada tokamak para confinar un plasma delgado de hidrógeno caliente con neutrones pesados dentro de fuertes campos magnéticos.
Los científicos e ingenieros han trabajado durante más de 60 años para lograr la fusión nuclear sostenible dentro de los tokamaks, con un éxito limitado. Pero algunos investigadores piensan que podrán mantener la fusión en tokamaks dentro de unos años, informó Live Science anteriormente (no se prevé que ITER haga esto hasta después de 2035). El método desarrollado en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore es una de las pocas formas de lograr la fusión nuclear sin usar un tokamak.
En su lugar, el NFI utiliza una serie de amplificadores de luz láser del tamaño de tres campos de fútbol para enfocar rayos láser en pastillas de combustible de hidrógeno en una “cámara objetivo” de metal esférico de 10 metros. Estos láseres son los más potentes del mundo, capaces de generar hasta 4 megajulios de energía. El método se diseñó originalmente para que los científicos pudieran estudiar el comportamiento del hidrógeno en las armas termonucleares, las llamadas bombas de hidrógeno, pero los científicos creen que también podría tener aplicaciones para generar energía a partir de la fusión nuclear.
El poder de la fusion
Aunque la configuración de NIF no se puede utilizar en una planta de energía de fusión, sus láseres solo pueden disparar una vez al día, mientras que una planta de energía necesitaría vaporizar varios gránulos de combustible por segundo, se están realizando esfuerzos para modificar el proceso para que pueda ser utilizado comercialmente. El físico de plasma Siegfried Glenzer del SLAC National Accelerator Laboratory de la Universidad de Stanford, que anteriormente trabajó en las instalaciones de Livermore pero no participó en la nueva investigación, dijo a The New York Times que los científicos de SLAC están trabajando en un sistema láser de menor potencia que podría dispara mucho más rápido.
Glenzer espera que la energía de la fusión nuclear se destaque en los esfuerzos por reemplazar los combustibles fósiles, que han estado dominados por la energía solar y otras tecnologías en los últimos años. “Esto es muy prometedor para nosotros, lograr una fuente de energía en el planeta que no emita CO2”, dijo en el artículo del Times, refiriéndose al gas de efecto invernadero dióxido de carbono.
El físico Stephen Bodner, quien anteriormente dirigió la investigación de plasma láser en el Laboratorio de Investigación Naval en Washington, DC, pero ahora está retirado, es crítico con algunos detalles del diseño del NIF. Pero admite que está sorprendido por los resultados, que se acercaron al “encendido” del perdigón, el punto en el que emite tanta o más energía de la que absorbe. “Se han acercado lo suficiente a su objetivo de encendido y punto de equilibrio como para llamarlo un éxito”, dijo Bodner al Times.
Aunque Bodner favorece un diseño diferente, “demuestra al escéptico que no hay nada fundamentalmente malo en el concepto de fusión láser”, dijo. “Es hora de que Estados Unidos avance con un importante programa de energía de fusión láser”.
Fuente: Live Science.
