Desde hace más de 60 años diversos grupos de científicos habían buscado infructuosamente el dominio de la fusión nuclear, incluso fue parte de la Guerra Fría entre las dos superpotencias y, en el camino de esta conquista, han existido muchas falsas promesas y fraudes.
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Sin embargo, el 13 de diciembre pasado, el gobierno estadounidense, en voz de la Secretaria de Energía, Jennifer M. Granholm, anunció en conferencia de prensa que los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, que alberga la Instalación Nacional de Ignición (NIF, por sus siglas en inglés), consiguieron un experimento más para alcanzar este anhelado avance.
“Estamos ante una de las hazañas científicas más impresionantes del siglo XXI. Este día acabará en los libros de Historia”, aseguró emocionada Granholm, ante un auditorio lleno de funcionarios de la administración Biden y algunos científicos del LNLL.
Pero el dominio de la fusión nuclear, el Santo Grial de la física, todavía está lejos de alcanzarse. Consiste en liberar o producir energía limpia y casi inagotable mediante la unión de núcleos atómicos para formar otro núcleo, como lo que ocurre en las estrellas y en el Sol, donde continuamente se fusionan átomos de hidrógeno para formar helio y liberar enormes cantidades de energía.
Como parte de los experimentos, los investigadores generan un plasma o gas cuya altísima temperatura producida por 192 rayos láser, crea un entorno en el que los electrones se separan de los núcleos atómicos, lo que libera energía del núcleo fusionado que tiene menor masa. Este proceso lo explicó Albert Einstein con la ecuación que, sin lugar a dudas, es la más famosa de la historia de la física: E=mc².
La fusión nuclear Consiste en producir energía limpia y casi inagotable mediante la unión de núcleos atómicos para formar otro núcleo, como lo que ocurre en las estrellas y en el Sol, donde continuamente se fusionan átomos de hidrógeno para formar helio y liberar enormes cantidades de energía.
Jennifer M. Granholm, Secretaria de Energía de Estados Unidos, al anunciar en conferencia de prensa el 13 de diciembre, el logro de los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. Imagen cortesía de: Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.
La que se usa en las actuales plantas nucleares y armas atómicas es la fisión nuclear, que implica la división o destrucción de los núcleos atómicos en una reacción en cadena.
Si se obtiene la fusión de forma segura, controlada y en grandes cantidades, los suministros de energía pueden multiplicarse en el orden de centenas, miles o millones de veces y sin generar residuos, basura radiactiva o gases de efecto invernadero.
Desde hace algunos lustros científicos de China, Estados Unidos, Japón y Europa habían avanzado de manera significativa en este campo, pero solo habían sido capaces de crear reacciones de fusión que consumían más energía de la que eran capaces de producir. El gran reto para generar energía mediante fusión es que se obtuviera más energía de la invertida para producir esa reacción atómica.
Los científicos del NIF usaron 192 láseres de alta energía para calentar y comprimir una pequeña cápsula de plasma con combustible de hidrógeno de menos de un cuarto de milímetro (del tamaño de un grano de sal) que, al someterse a más de 20 millones grados Celsius –temperatura similar a la que ocurre en una estrella–, se generó la reacción de fusión nuclear que duró menos de una milmillonésima de segundo.
“Hoy le decimos al mundo que Estados Unidos ha logrado un descubrimiento extraordinario, porque invertimos en ello, en nuestros laboratorios nacionales e investigación fundamental. Y mañana continuaremos trabajando hacia un futuro impulsado en parte por la energía de fusión”.
Jennifer M. Granholm, Secretaria de energía de estados unidos
Para crear la ignición por fusión, la energía de 192 láseres del NIF se convierten en rayos X dentro del hohlraum –un dispositivo que contiene el plasma de hidrógeno a temperaturas criogénicas–, que luego lo comprimen hasta que implosiona, creando un plasma de alta temperatura y alta presión. Imagen cortesía de: Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.
El experimento se llevó a cabo el 5 de diciembre pasado y aún no hay publicación científica de revisión de pares de los resultados, pero los láseres más potentes del planeta obtuvieron una ganancia del 50% de la energía invertida, lo que marca el inicio de la ignición para producir una ganancia energética.
Por una fracción de segundo, los investigadores del LLNL produjeron 3.15 megajulios (MJ) de salida de energía de fusión, utilizando 2,05 MJ de energía láser entregada al objetivo, lo que demuestra la base científica fundamental para la energía de fusión inercial: E=mc2.
“La semana pasada, en el LNLL en California, los científicos del NIF lograron la ignición por fusión, creando más energía a partir de las reacciones de fusión que la energía utilizada para iniciar el proceso”, dijo Granholm, quien agregó que el logro sin precedentes acercará al mundo a la posibilidad de una fuente de energía abundante y libre de carbono para el futuro.
El NIF se construyó en 2009 con una inversión de 3 mil 500 millones de dólares, equivalentes a 68 mil millones de pesos, la mitad de lo que ha costado la refinería de Dos Bocas o una quinta parte del costo de la cancelación del Aeropuerto Internacional de Texcoco.
“Hoy le decimos al mundo que Estados Unidos ha logrado un descubrimiento extraordinario, porque invertimos en ello, en nuestros laboratorios nacionales e investigación fundamental. Y mañana continuaremos trabajando hacia un futuro impulsado en parte por la energía de fusión”, expresó Granholm.
Esta es la cámara objetivo del NIF donde 192 rayos láser entregaron más de 2 millones de julios de energía ultravioleta a una pequeña pastilla de combustible para crear una ignición por fusión, el pasado 5 de diciembre. Imagen cortesía de: Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.
Uno de los objetivos principales del NIF es darles mantenimiento a las armas nucleares estadounidenses, pero otro de ellos es la investigación en fusión nuclear y desde sus primeros años de funcionamiento obtuvo avances paulatinos en 2009, 2010, 2014, 2019 y el actual.
El director del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, Kim Budil, señaló la búsqueda de la fusión ha sido un objetivo increíblemente ambicioso en el que se contó con las contribuciones de miles de científicos a lo largo de los años, y cuyo logro histórico no habría sido posible sin un “compromiso a largo plazo de inversión pública en la ciencia”.
Si bien aún falta mucho para alcanzar la producción comercial de energía o la llamada “fusión comercial”, la ignición obtenida es un primer paso que prepara el escenario futuro en el que el impacto de la ciencia básica en el campo de la fusión abrirá nuevos caminos en la producción de energías limpias y sostenibles.
El hohlraum, dispositivo hecho de diamante, donde se concentran los 192 haces de luz láser de altísima energía y utilizado para lograr la ignición de fusión nuclear, el 5 de diciembre de 2022, en la Instalación Nacional de Ignición (NIF) de LLNL. Imagen cortesía de: Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.
