Avance histórico en el campo de fusión nuclear, ¿Una nueva fuente de energía limpia?

El tipo de reacción nuclear que alimenta las centrales eléctricas actuales es la fisión: la división de átomos para liberar energía. La fusión, en cambio, fuerza a los átomos de hidrógeno a unirse, produciendo una gran cantidad de energía y, lo que es más importante, una cantidad limitada de desechos radiactivos.

Por esta razón, durante décadas se ha buscado una forma de crear reacciones de fusión eficientes para producir energía limpia utilizando pocos recursos. Sin embargo, las reacciones de fusión han demostrado ser difíciles de controlar y, hasta la fecha, ningún experimento de fusión ha producido más energía de la que se ha invertido para que la reacción funcione.

En este sentido, un nuevo experimento parece haber provocado la ignición por primera vez, en la Instalación Nacional de Ignición (NIF) en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en los Estados Unidos, recreando las temperaturas y presiones extremas que se encuentran en el corazón del Sol.

Esto ha producido más energía que cualquier experimento de fusión por confinamiento inercial anterior, y demuestra que la ignición es posible, allanando el camino para reacciones que producen más energía de la que necesitan para comenzar.

Los físicos del Imperial College London ya están ayudando a analizar los datos del exitoso experimento, que se llevó a cabo el 8 de agosto de 2021.

Concretamente, los miembros del NIF han llevado a cabo un experimento que ha logrado producir una gran cantidad de energía a partir de la fusión (más de 1.3 megajulios). La clave reside en unos 200 rayos láser, del tamaño de tres campos de futbol, que fueron enfocados hacia un punto diminuto, del diámetro de un cabello humano. El resultado fue sorprendente: se creó una mega explosión de energía que superaba hasta en ocho veces los registros de otras investigaciones (más de 10 cuatrilliones de vatios de potencia de fusión durante 100 billonésimas de segundo).

“Esto es crucial para abrir la promesa de la energía de fusión y permitir a los físicos sondear las condiciones en algunos de los estados más extremos del Universo, incluidos los que se encuentran pocos minutos después del Big Bang. La fusión controlada en el laboratorio es uno de los grandes desafíos científicos definitorios de esta era y este es un paso adelante trascendental”, comentó el profesor Jeremy Chittenden, codirector del Centro de Estudios de Fusión Inercial en el Imperial College London.

Si bien el último experimento aún requirió más energía de la que emitió, es el primero que se sospecha que alcanzó la etapa crucial de ‘ignición’, que permitió producir considerablemente más energía que nunca y allana el camino para el ‘punto de equilibrio’, donde la energía que entra se corresponde con la energía que sale.

Hay dos formas principales en las que los investigadores de todo el mundo están tratando de producir energía de fusión. El NIF se centra en la fusión por confinamiento inercial, que utiliza un sistema de láseres para calentar pastillas de combustible produciendo un plasma, una nube de iones cargados.

Los pellets de combustible contienen versiones ‘pesadas’ de hidrógeno (deuterio y tritio) que son más fáciles de fusionar y producen más energía. Sin embargo, los gránulos de combustible deben calentarse y presurizarse a las condiciones que se encuentran en el centro del Sol, que es un reactor de fusión natural.

Una vez que se alcanzan estas condiciones, las reacciones de fusión liberan varias partículas, incluidas las partículas ‘alfa’, que interactúan con el plasma circundante y lo calientan aún más. El plasma calentado luego libera más partículas alfa y así sucesivamente, en una reacción autosostenida, un proceso conocido como ignición.

Sin embargo, este proceso nunca se había realizado completamente antes, hasta ahora. Los resultados del experimento del 8 de agosto indican una producción de energía de más de un megajulio, que marca uno de los umbrales acordados para el inicio de la ignición y es seis veces la energía más alta alcanzada anteriormente.

“El equipo de la Instalación Nacional de Ignición y sus socios en todo el mundo merecen todos los aplausos por superar algunos de los desafíos científicos y de ingeniería más temibles que la humanidad haya asumido. La extraordinaria liberación de energía lograda envalentonará los esfuerzos de fusión nuclear en todo el mundo, dando impulso a una tendencia que ya estaba en marcha”, comentó el Dr. Arthur Turrell, profesor del departamento de Física de Imperial.