Al fin, una reacción de fusión ha generado más energía que la absorbida por el combustible

Física

Se ha roto un hito importante en la búsqueda de la energía de fusión. Por primera vez, una reacción de fusión ha logrado una producción récord de energía de 1,3 megajulios y, por primera vez, superó la energía absorbida por el combustible utilizado para activarla.

Aunque todavía queda mucho camino por recorrer, el resultado representa una mejora significativa con respecto a los rendimientos anteriores: ocho veces mayor que los experimentos realizados solo unos meses antes y 25 veces mayor que los experimentos realizados en 2018. Es un gran logro. Los físicos de la Instalación Nacional de Ignición en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore enviarán un artículo para revisión por pares.

“Este resultado es un paso histórico para la investigación de la fusión por confinamiento inercial, que abre un régimen fundamentalmente nuevo para la exploración y el avance de nuestras misiones críticas de seguridad nacional. También es un testimonio de la innovación, el ingenio, el compromiso y el valor de este equipo y el muchos investigadores en este campo durante décadas que han perseguido firmemente este objetivo”, dijo Kim Budil, director del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.

“Para mí, demuestra uno de los roles más importantes de los laboratorios nacionales: nuestro compromiso incansable de abordar los mayores y más importantes desafíos científicos y de encontrar soluciones donde otros puedan ser disuadidos por los obstáculos”.

La fusión por confinamiento inercial implica la creación de algo parecido a una pequeña estrella. Comienza con una cápsula de combustible, que consta de deuterio y tritio, isótopos más pesados ​​de hidrógeno. Esta cápsula de combustible se coloca en una cámara de oro hueca del tamaño de un borrador de lápiz llamado hohlraum.

Luego, 192 rayos láser de alta potencia se disparan en el hohlraum, donde se convierten en rayos X. Estos rayos X implosionan la cápsula de combustible, calentándola y comprimiéndola a condiciones comparables a las del centro de una estrella (temperaturas superiores a los 100 millones de grados centígrados y presiones superiores a los 100.000 millones de atmósferas terrestres), convirtiendo la cápsula de combustible en una pequeña burbuja de plasma.

Y, así como el hidrógeno se fusiona en elementos más pesados ​​en el corazón de una estrella de la secuencia principal, también lo hace el deuterio y el tritio en la cápsula de combustible. Todo el proceso se lleva a cabo en tan solo unas mil millonésimas de segundo. El objetivo es lograr la ignición, un punto en el que la energía generada por el proceso de fusión excede la entrada total de energía.

El experimento, realizado el 8 de agosto, no alcanzó esa marca, la entrada de los láseres fue de 1,9 megajulios. Pero sigue siendo tremendamente emocionante, porque según las mediciones del equipo, la cápsula de combustible absorbió más de cinco veces menos energía de la que generó en el proceso de fusión. Esto, dijo el equipo, es el resultado de un trabajo minucioso para refinar el experimento, incluido el diseño del hohlraum y la cápsula, la precisión del láser mejorada, nuevas herramientas de diagnóstico y cambios de diseño para aumentar la velocidad de la implosión de la cápsula, que transfiere más energía al punto caliente de plasma en el que tiene lugar la fusión.

“Obtener acceso experimental a la quemadura termonuclear en el laboratorio es la culminación de décadas de trabajo científico y tecnológico que se extiende a lo largo de casi 50 años”, dijo Thomas Mason, director del Laboratorio Nacional de Los Alamos.

“Esto permite experimentos que comprobarán la teoría y la simulación en el régimen de alta densidad de energía de forma más rigurosa que nunca antes y permitirán logros fundamentales en la ciencia aplicada y la ingeniería”.

El equipo planea realizar experimentos de seguimiento para ver si pueden replicar su resultado y estudiar el proceso con mayor detalle. El resultado también abre nuevas vías para la investigación experimental.

Los físicos también esperan descubrir cómo aumentar aún más la eficiencia energética. Se pierde mucha energía cuando la luz láser se convierte en rayos X dentro del hohlraum; una gran proporción de la luz láser se destina a calentar las paredes del hohlraum. Resolver este problema nos acercará un paso más a la energía de fusión. Mientras tanto, sin embargo, los investigadores están tremendamente emocionados.

“Lograr la ignición en un laboratorio sigue siendo uno de los grandes desafíos científicos de esta era y este resultado es un paso trascendental hacia el logro de ese objetivo”, dijo el físico Johan Frenje del Centro de Fusión y Ciencia del Plasma del MIT.

“También permite la exploración de un régimen fundamentalmente nuevo al que es extremadamente difícil acceder experimentalmente, lo que profundiza nuestra comprensión de los procesos de ignición y combustión por fusión, que es fundamental para validar y mejorar nuestras herramientas de simulación en apoyo de la administración de las existencias.

“Además, el resultado es histórico, ya que representa la culminación de muchas décadas de arduo trabajo, innovación e ingenio, trabajo en equipo a gran escala y un enfoque incesante en el objetivo final”.

El equipo presentó sus resultados en la 63ª Reunión Anual de la División de Física del Plasma de APS.

Fuente: Science Alert.

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