Física nuclear
¿Qué se requiere para lograr que la fusión nuclear se convierta en una fuente de energía viable para los seres humanos?
Los revolucionarios resultados de un experimento realizado en 2021 aún no han podido repetirse con la misma efectividad
Pablo Javier Piacente
Los científicos han confirmado que concretaron por primera vez en el laboratorio una reacción de fusión nuclear que se autoperpetúa en lugar de desaparecer inmediatamente, acercándose así a imitar la reacción química que alimenta al Sol y que podría propiciar una fuente de energía limpia y sostenible. Sin embargo, los investigadores no están aún exactamente seguros de cómo recrear el experimento y lograr el mismo rendimiento energético, que alcanzó una producción de 1,3 megajulios (MJ) de energía.
Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), en Estados Unidos, confirmaron mediante tres nuevos estudios publicados recientemente en las revistas Physical Review Letters y Physical Review E, que un experimento concretado hace exactamente un año, en agosto de 2021, marcó un récord en cuanto a rendimiento y autosuficiencia en procesos de fusión nuclear, liberando más de 1,3 megajulios (MJ) de energía y logrando autoperpetuarse.
Sin embargo, en los últimos meses los científicos intentaron replicar el resultado en cuatro experimentos similares, pero solo lograron la mitad del rendimiento energético alcanzado en el experimento inicial. A pesar de esto, los estudios publicados confirman que, luego de décadas de trabajo, se logró la primera ignición exitosa de una reacción de fusión nuclear. De acuerdo a una nota de prensa, es un avance sin precedentes en la búsqueda por concretar procesos de fusión nuclear que sean realmente viables como una fuente energética de uso masivo.
FUSIÓN Y FISIÓN NUCLEAR
La fusión nuclear tiene lugar cuando dos átomos se integran para producir un átomo más pesado, liberando en ese proceso una enorme explosión de energía. Aunque puede encontrarse en la naturaleza, el fenómeno es muy difícil de replicar en el laboratorio, porque se requiere un entorno de alta energía para mantener la reacción a largo plazo.
En el proceso inverso, la fisión nuclear (la división de un núcleo en núcleos más livianos) estos fenómenos suceden en sentidos opuestos. Es el criterio utilizado actualmente en la energía nuclear, pero con características que lo tornan peligroso para un uso social: la fusión nuclear obtendría un mayor rendimiento energético que la fisión nuclear y sin consecuencias ambientales negativas. La fusión nuclear no produce ninguna emisión contaminante, no genera residuos radiactivos de larga duración y no insume los riesgos relativos a una reacción nuclear descontrolada.
Por ejemplo, el Sol genera energía a través de la fusión nuclear, al unir átomos de hidrógeno para crear helio. Las supernovas, esas gigantescas explosiones de estrellas, también aprovechan la fusión nuclear. Mediante estas reacciones se crean moléculas más pesadas, como el hierro. Sin embargo, los entornos artificiales en la Tierra no son tan eficientes: el calor y la energía se escapan a través de mecanismos de enfriamiento, como por ejemplo la radiación de rayos X o la conducción de calor.
UN GRAN PASO
¿Qué se requiere para lograr que la fusión nuclear se convierta en una fuente de energía viable para los seres humanos? En principio, hay que lograr la ignición, que sería como el “encendido” del sistema, a través del cual los mecanismos de autocalentamiento superan la pérdida de energía y hacen viable la producción. Cuando la ignición ha sido obtenida, la reacción de fusión nuclear se activa de forma autosuficiente.
El histórico experimento concretado el 8 de agosto de 2021 produjo la primera ignición exitosa de una reacción de fusión nuclear, con una elevada producción de energía y la verificación de su capacidad de autoperpetuarse. Ahora, el próximo desafío es lograr recrear esas condiciones para que el proceso pueda ampliarse y permita crear reactores de fusión nuclear que puedan alimentar ciudades enteras, marcando un gran avance en la solución de los problemas energéticos y ambientales que aquejan al planeta.
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REFERENCIAS
Lawson Criterion for Ignition Exceeded in an Inertial Fusion Experiment. H. Abu-Shawareb et al. Physical Review Letters (2022). DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.075001
Experimental achievement and signatures of ignition at the National Ignition Facility. A. B. Zylstra et al. Physical Review E (2022). DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevE.106.025202
Design of an inertial fusion experiment exceeding the Lawson criterion for ignition. A. L. Kritcher et al. Physical Review E (2022). DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevE.106.025201
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