Investigadores de la Instalación Nacional de Ignición en Livermore, California, hogar del láser más poderoso del mundo, anunciaron el martes que cruzaron el umbral crítico en su búsqueda de la energía de fusión: sacar más energía de la reacción de la que le ponen.

Esto es 1) un gran avance científico y 2) un largo, largo (largo) camino para aprovechar la fusión, la reacción que impulsa al Sol, como una fuente viable de abundante energía limpia. El 5 de diciembre, el equipo disparó 192 rayos láser a una diminuta bolita de combustible, generando un poco más de energía que la que pusieron los láseres, «alrededor de 2 megajulios adentro, alrededor de 3 megajulios afuera», dijo Marvin Adams, administrador asistente de programas de defensa en el Administración Nacional de Seguridad Nuclear una conferencia de prensa el martes.

Para convertir la fusión en algo que realmente pueda producir energía para la red, no puede simplemente pasar la línea de meta de ignición; tiene que soplar más allá de él. Este anuncio es un avance incremental importante, pero el avance no va lo suficientemente lejos como para ser de uso práctico. Dado que NIF es un laboratorio de investigación en sí mismo, su tecnología no está destinada a generar electricidad. Por lo tanto, diseñar un reactor de fusión para aprovechar este nuevo enfoque presentará su propio desafío de ingeniería.

NIF es parte del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore operado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos. «Parece que Estados Unidos está tomando la delantera y apenas estamos comenzando», dijo el martes la secretaria de Energía, Jennifer Granholm.

El Financial Times anunció por primera vez el domingo que el anuncio de un avance de fusión es inminente.

La fusión nuclear se refiere a la reacción en la que los núcleos de átomos diminutos como el hidrógeno y el helio chocan y se unen, creando un calor inmenso que teóricamente podría usarse para generar electricidad. Esto contrasta con la reacción de fisión nuclear en las centrales nucleares convencionales, que divide átomos grandes como el uranio. El problema de la fusión es que los núcleos tienen carga positiva, por lo que se repelen entre sí. Para lograr que superen su resistencia, debes moverlos muy, muy rápido en un espacio confinado y crear un estado de materia de alta energía conocido como plasma.

Los científicos han luchado con esto durante décadas. Hay dos enfoques principales: uno es comprimir una pequeña bolita de combustible con potentes láseres, que es la estrategia de NIF. La otra es calentar el plasma a temperaturas superiores a las del sol y contenerlo con imanes. Así generará la reacción ITER, el proyecto de fusión más grande del mundo actualmente en construcción en el sur de Francia.

El Sol y otras estrellas pueden hacer esto porque tienen suficiente materia para crear una inmensa gravedad que acelera y atrapa átomos para crear reacciones de fusión que crean la luz y el calor que podemos experimentar a millones de kilómetros de distancia.

De hecho, aquí en la Tierra, la humanidad ha sabido cómo crear fusión desde 1952, en armas termonucleares. Los científicos también han sido capaces de producir fusión en laboratorios, pero solo de forma intermitente y con mucha energía: imagina usar un soplete para encender una cerilla. El lento progreso en la búsqueda de la fusión también ha dificultado la obtención de fondos adecuados para la investigación, lo que a su vez obstaculizó el progreso.

En 1997, la Academia Nacional de Ciencias estableció la ignición como objetivo para la fusión en el NIF. Definió la ignición como «ganancia mayor que la unidad», lo que significa que sale más energía del objetivo de combustible que la cantidad de energía láser que lo golpea.

Durante meses, los científicos del NIF se han acercado tentadoramente. Hace aproximadamente un año dijeron que habían recorrido alrededor del 70 por ciento del camino. “Estamos en el umbral de ignición”, dijo Tammy Ma, física de plasma del NIF, a Vox en enero de 2022.

Ahora han cruzado esa línea.

«Este resultado supera claramente esa marca y no deja dudas de que lograron la ignición por fusión en el laboratorio», dijo Carolyn Kuranz, física de plasma de la Universidad de Michigan, en un correo electrónico.

Un investigador sostiene un objetivo de combustible de fusión

NIF dispara potentes láseres a una pequeña bolita de hidrógeno para desencadenar una reacción de fusión.
Umair Irfan/Vox

Troy Carter, físico de plasma de la Universidad de California, Los Ángeles, explicó que si bien NIF ha logrado un gran avance, todavía no es suficiente. Como señaló la Academia Nacional de Ciencias, la métrica clave es el factor de ganancia de energía de fusión, también conocido como «Q». Esta es la proporción de la energía gastada para iniciar y mantener una reacción de fusión en comparación con la energía producida. Una ganancia de 1 significa que la reacción está equilibrada. El anuncio reciente en NIF muestra una ganancia de alrededor de 1,5, lo que significa que la reacción se ha vuelto energéticamente positiva.

Pero eso es solo si define la entrada de energía de cerca a la energía del láser que golpea el objetivo del propulsor. Si mide la energía total requerida para cargar y disparar el láser en alrededor de 300 megajulios, los resultados más recientes son demasiado breves. Para generar realmente más energía a partir de la fusión de la que requiere el láser de la red, necesitaría una ganancia de 100 o más.

Otra limitación es que NIF solo puede disparar unos pocos disparos de láser por día, y la cantidad de energía requerida a veces puede causar cortes de energía en el laboratorio. Para ejecutar un verdadero reactor de fusión, necesitaría disparar alrededor de 10 disparos por segundo.

El combustible en sí también podría quemarse de manera más eficiente. “El disparo NIF solo quemó una pequeña porción del combustible en la cápsula”, dijo Carter en un correo electrónico. «Si encuentra una manera de quemar más combustible, la ganancia aumenta significativamente».

Para hacer esto, la pequeña pastilla de combustible debe ajustarse para enfocar más energía láser en la compresión de átomos.

En cuanto al láser, NIF utiliza tecnología obsoleta que tiene mucho margen de mejora. Los láseres tienen solo un 1 por ciento de eficiencia cuando se trata de convertir electricidad en luz láser, mientras que los diseños más modernos pueden tener una eficiencia del 20 por ciento. «El NIF se basa en tecnología láser de la década de 1980», dijo Kim Budil, director del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, durante una conferencia de prensa.

Aún así, alcanzar la ignición es un hito crucial y una señal importante de que los científicos están en el camino correcto. Carter dijo que «proporciona más justificación para un impulso agresivo para desarrollar y desplegar la energía de fusión lo más rápido posible con la esperanza de impactar el cambio climático».

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