Fusión láser, la novedad que puede ser el futuro de la energía

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En diciembre de 2022, el mundo de la ciencia fue testigo de un acontecimiento histórico en el ámbito de la energía: el National Ignition Facility, ubicado en Estados Unidos, logró un avance significativo en la investigación de la fusión nuclear. Este experimento marcó un hito al generar más energía de la que consumió, un logro que ha sido el santo grial de la investigación energética durante más de medio siglo.

La fusión nuclear es un proceso que imita las reacciones que ocurren en el sol y las estrellas, donde dos núcleos atómicos ligeros se combinan para formar uno más pesado, liberando cantidades enormes de energía en el proceso. Lo que hace especial a este experimento es su capacidad para producir más energía de la que se invierte, utilizando láseres de alta potencia para calentar y comprimir una pequeña cantidad de combustible hasta alcanzar condiciones extremas.

Cómo fue el experimento en 2022

El experimento involucró el uso de 192 láseres que enfocaron su energía en un recipiente diminuto, conteniendo solo 220 microgramos de una mezcla de deuterio y tritio, dos variantes del hidrógeno. Al ser bombardeado, el combustible alcanzó una presión y temperatura extraordinarias, desencadenando la fusión nuclear y liberando una cantidad de energía que superó la energía láser invertida.

Este logro no solo demuestra que la fusión nuclear es viable en un entorno de laboratorio, sino que también abre la puerta a una fuente de energía potencialmente inagotable y limpia. La fusión nuclear tiene la ventaja de no producir residuos radiactivos de larga vida, a diferencia de la fisión nuclear, y su combustible, el deuterio y el tritio, se puede obtener del agua de mar, haciéndolo prácticamente inagotable.

A pesar del éxito, es crucial reconocer los obstáculos que permanecen antes de que la fusión nuclear pueda ser una opción energética viable a gran escala. El proceso todavía requiere una cantidad de energía significativamente mayor para activar las reacciones de lo que actualmente es capaz de generar. Además, la infraestructura necesaria para producir energía de fusión a un nivel comercial es compleja y costosa, lo que sugiere que aún estamos a décadas de su implementación práctica.

La publicación en Physical Review Letters

El Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ha anunciado ahora la publicación en Physical Review Letters de los detalles de su experimento histórico del 5 de diciembre de 2022, que logró por primera vez la ignición de fusión en un laboratorio. Este experimento consiguió un «ganancia de objetivo» al producir más energía (3.15 megajulios) de la que se utilizó para activar el objetivo de fusión con láseres (2.05 MJ), cumpliendo así con la definición de ignición establecida por la Academia Nacional de Ciencias en una revisión de 1997 del NIF.

El artículo de Physical Review Letters y los documentos complementarios en Physical Review E (PRE) detallan cómo, tras una década de superar desafíos y mejorar la propulsión láser, el diseño experimental, la modelización por computadora y la calidad del objetivo en decenas de experimentos en el NIF, los investigadores finalmente lograron superar las condiciones extremas que existen en el centro de las estrellas y alcanzar la ignición.

La investigación incluyó el ajuste en la configuración del láser y el objetivo, como el aumento del grosor de la cápsula de carbono de alta densidad (HDC) y el incremento de la energía láser, para superar los desafíos técnicos y físicos inherentes a la fusión nuclear. El LLNL destacó que, aunque se ha alcanzado una ganancia de objetivo mayor que uno en experimentos subsiguientes en 2023, la energía producida por la reacción de fusión es aún mucho menor que la energía necesaria para operar los 192 potentes láseres del NIF. Esto subraya que, aunque el logro es significativo desde un punto de vista científico, todavía se requiere un desarrollo considerable para hacer que la fusión nuclear sea una fuente de energía práctica y sostenible.

Este anuncio es un paso adelante en la comprensión y el desarrollo de la fusión nuclear como una fuente de energía segura, limpia y virtualmente ilimitada para el mundo, subrayando el continuo compromiso del LLNL con la innovación en energía de fusión y la seguridad nuclear.

Aunque aún quedan muchos desafíos por superar, el camino hacia una fuente de energía limpia y prácticamente ilimitada parece hoy un poco más claro.

Referencias