Al igual que los alquimistas buscaron sin cesar la piedra filosofal que convirtiera cualquier metal en oro, los científicos modernos buscan incansablemente una fuente de energía limpia ilimitada.
Pero al contrario que sus predecesores, en esta ocasión han logrado un hito sin precedentes: la fusión nuclear.
El pasado 5 de diciembre de 2022, los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, lograron un hito en la investigación de la fusión, logrando generar una reacción que creó más energía de la que se utilizó para crear la reacción, una condición conocida como ignición y que supone una victoria simbólica para la investigación de la fusión nuclear.
Lo más significativo de este avance, es que demuestra la viabilidad básica de la energía de fusión, un objetivo que los investigadores han estado persiguiendo desde la década de 1950.
¿Qué es una reacción de fusión?
En las reacciones de fusión, ya sea en un reactor o en el núcleo de una estrella, los átomos chocan entre sí hasta fusionarse, liberando energía.
El objetivo de la energía de fusión es obtener más energía de la reacción de la que se pone para iniciar la reacción (ganancia neta de energía), manteniendo el combustible en su lugar, y además, hacerlo de manera controlada. Hasta ahora, eso nunca se había logrado.
La reacción de fusión en NIF lo logró, generando 3,15 megajulios de energía, más de los 2,05 megajulios que aportaron los láseres utilizados en el reactor.
Pero para lograrlo, el experimento científico requirió los láseres más poderosos del mundo, que utilizan más energía para funcionar que la que proporcionan al reactor.
El año pasado, la misma instalación produjo alrededor del 70% de la energía suministrada por los láseres para iniciar la reacción, por lo que ver finalmente, una ganancia neta de energía dentro del reactor, es un hito importante.
Sin embargo dado la alta demanda de energía que requieren los láseres, hace no sea una solución viable a corto plazo, para la generación de energía de fusión.
“Esto pone mucho viento en las velas de la comunidad, pero no significa que vayamos a tener disponible la energía de fusión mañana. Eso no es realista.”
Anne White, directora de ciencia e ingeniería nuclear del MIT.
¿Cómo se logra la fusión?
El laboratorio utilizó el láser más grande y poderoso del mundo en un enfoque de fusión llamado confinamiento inercial.
La técnica se basa en láseres que se disparan durante unas mil millonésimas de segundo para generar rayos X que comprimen y calientan una pequeña cápsula de combustible del tamaño de un grano de pimienta.
El combustible, compuesto por tipos pesados de hidrógeno llamados deuterio y tritio, se vuelve lo suficientemente caliente y denso como para formar un plasma, y los núcleos de hidrógeno comienzan a chocar entre sí, fusionándose y liberando energía.
¿Cuáles son los siguientes pasos?
El hito alcanzado, ha sido celebrado y reconocido por científicos de todo el mundo como “una de las hazañas científicas más impresionantes del siglo XXI«, sin embargo, la comunidad científica es consciente de que es sólo el principio de un largo camino por recorrer.
El confinamiento inercial, es el primer esquema de fusión que produce una ganancia neta de energía, pero no parece el camino más viable, para cualquier posible esfuerzo de fusión, con escala comercial.
El logro de la ganancia neta de energía se aplicó a la reacción de fusión en sí, no a la cantidad total de energía que se necesitó para operar los láseres y ejecutar el proyecto.
Mientras que dentro del reactor hubo una ganancia de energía neta, en realidad producir esos 3,15 megajulios tomó alrededor de 300 megajulios de la red. Para que la fusión sea viable, deberá producir significativamente más energía y por períodos más largos.
Muchos científicos de fusión piensan que el confinamiento magnético, específicamente un reactor en forma de rosquilla llamado tokamak, es una mejor opción.
En lugar de láseres, los tokamaks y otros reactores que utilizan confinamiento magnético que dependen de imanes para mantener el combustible en su lugar y alcanzar las intensas condiciones requeridas para la fusión, utilizando corriente eléctrica y ondas de radio.
Debido a que sus enfoques técnicos son tan diferentes, la ganancia neta observada en el experimento de confinamiento inercial no se aplica a otros enfoques de la energía de fusión, como los tokamaks.
Aunque ambos enfoques tienen como objetivo crear plasma lo suficientemente caliente como para impulsar la fusión, la física y la ingeniería necesarias para lograrlo difieren entre los dos conceptos.
El próximo paso para la fusión después de alcanzar la ganancia neta, será producir mucha más energía de la que se suministra, en lugar de solo un poco más. Esto es especialmente importante en los enfoques de confinamiento inercial porque los láseres no son eficientes.
¿Por qué es importante esta innovación?
Como hemos visto la fusión funciona presionando los átomos de hidrógeno entre sí con tal fuerza que se combinan en helio, liberando enormes cantidades de energía y calor.
Y a diferencia de otras reacciones nucleares, la fusión no genera residuos radiactivos.
Los defensores de la fusión esperan que algún día pueda desplazar a los combustibles fósiles y otras fuentes de energía tradicionales. Se necesitarán muchos más avances científicos y de ingeniería, para convertir la fusión de un experimento de laboratorio, en una tecnología de escala comercial, que podría proporcionar energía ilimitada, confiable y libre de carbono a la red.
Todavía faltan décadas para producir energía libre de carbono que impulse hogares y empresas a partir de la fusión, pero no cabe duda que este avance ha significado un importante paso adelante en la búsqueda de la piedra filosofal de la energía.