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Energía ilimitada-fusión nuclear, realidad o mito

Jesús Madrigal Melchor y Raúl Alberto Reyes Villagrana

Energía ilimitada-fusión nuclear, realidad o mito

Experimento de fusión láser extrae energía neta de los combustibles. Nature presenta con este Título un trabajo revolucionario de Philip Ball, en su sección de Nature News el 12 de febrero de 2014. Es el trabajo que en esta ocasión vamos a describir en nuestra participación en Tachas.

Se cita:

Usando el arreglo de láseres más poderosos del mundo, un grupo de investigadores dice que ha, por primera vez, extraído más energía de la fusión nuclear controlada que la que el combustible necesita para desencadenarla —cruzando un umbral simbólico importante en el largo camino hacia la explotación de esta fuente virtualmente ilimitada de energía.

La última hazaña, lograda en el National Ignition Facility (NIF) en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California, sigue siendo una forma de salir de la meta de "encendido" mucho más dura y largamente buscada, es el punto de equilibrio a partir del cual el reactor de fusión puede generar más energía de la que se pone en él. Muchos otros pasos en los experimentos actuales disipan la energía antes de que alcance al combustible nuclear.

Sin embargo, el nuevo resultado representa "un paso fundamental en el camino a la ignición", según Mark Herrmann, director de un proyecto de investigación de pulsos de rayos X de alta energía en el Laboratorio Nacional Sandia en Albuquerque, Nuevo México, y que no estuvo involucrado con el trabajo NIF.

Mientras que la fisión nuclear extrae la energía que es liberada durante la desintegración de núcleos muy pesados, como los de uranio, la fusión nuclear —el proceso que alimenta las estrellas y las bombas termonucleares— produce energía a partir de la fusión de núcleos ligeros, como los de hidrógeno. Durante una reacción de este tipo, una pequeña parte de las masas de los núcleos de hidrógeno separados se convierte en energía.

El control de la fusión ha demostrado ser inmensamente difícil, en parte debido al desafío de contener el plasma (estado de la materia) que genera la fusión, que alcanza temperaturas de millones de grados. Proyectos de fusión en diferentes partes del mundo están explorando una diversidad de métodos para lograrlo. Cabe destacar que el experimento ITER, en construcción en el sur de Francia, busca mantener el plasma confinado con el uso de campos magnéticos en el interior de un reactor en forma de rosquilla.

Una gran cantidad de energía debe ser bombeada al combustible para llevar los núcleos a una distancia muy pero muy próxima entre sí para vencer la repulsión eléctrica entre las cargas nucleares. En NIF, esta energía es proporcionada por 192 láseres de alta potencia, que envían sus rayos a un contenedor de oro del tamaño de un frijol llamado hohlraum. En el hohlraum, el combustible se encuentra dentro de una cápsula de plástico.

La energía del láser es absorbida por el hohlraum, que re-radia como rayos X, algunos de los cuales son absorbidos por la cápsula de combustible. La cubierta exterior de plástico luego explota, creando una implosión del combustible en el interior, lo que aumenta la densidad lo suficientemente alta para desencadenar la fusión. La mayor parte de la energía del láser, sin embargo, se queda absorbida por la propia hohlraum. Es por ello que la obtención de una ganancia neta (que salga más energía de la que entra) dentro del combustible en sí es solo  un paso en el camino a la ignición.

El éxito del equipo de NIF, que se describe en un artículo publicado en línea en la revista Nature, como resultado de los experimentos llevados a cabo entre septiembre pasado y este mes de enero. Se basa en la conformación de los pulsos de láser para entregar más poder a principios del pulso. Esto crea una temperatura inicial relativamente alto en el hohlraum que "esponje 'la carcasa de plástico y lo hace menos propenso a la inestabilidad durante la explosión que afecta el proceso de fusión. "El que esponje enormemente ralentiza el crecimiento de la inestabilidad", dice el líder del equipo de Omar Hurricane, un físico de Livermore.

Como resultado, los investigadores han sido capaces de lograr un 'ganancia de energía del combustible' —una relación de energía liberada por el combustible a la energía absorbida— de entre 1.2 y 1.9. "Esto nunca se había logrado antes en la investigación de fusión de laboratorio", dice Herrmann. Y añade que gran parte de la energía liberada fue producida por la calentamiento espontáneo del combustible a través de la radiación liberada en las reacciones de fusión, un requisito importante para sustentar el proceso de fusión.

Pero la generación de la energía de fusión sigue siendo un objetivo lejano, y el Hurricane admite que aún no se puede estimar un plazo para ello. "Nuestra ganancia total —la energía de fusión  dividida por la energía del láser— es solo un 1%", dice.

Para concluir, comentamos que este trabajo da una esperanza en la búsqueda de la fusión controlada y esto, cundo se logre, nos permitirá tener energía de una manera muy segura y poder olvidarnos poco a poco de los combustibles fósiles.

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