Este artículo fue publicado originalmente en La conversación. (se abre en una pestaña nueva) La publicación contribuyó con el artículo a Space.com. Voces de expertos: artículo de opinión y perspectivas.
carolina kuranz (se abre en una pestaña nueva)Profesor Asociado de Ingeniería Nuclear, Universidad de Michigan
Científicos estadounidenses han anunciado lo que han llamado un gran avance en un objetivo largamente elusivo de generar energía a partir de la fusión nuclear.
El Departamento de Energía de EE. UU. dijo el 13 de diciembre que por primera vez, y después de varias décadas de intentos, los científicos lograron obtener más energía del proceso de la que invirtieron.
Pero, ¿qué importancia tiene el desarrollo? ¿Y qué tan lejos está el ansiado sueño de la fusión que proporcione mucha energía limpia? carolina kuranz (se abre en una pestaña nueva)un profesor asociado de ingeniería nuclear en la Universidad de Michigan, que trabajó en la instalación que acaba de romper el récord de fusión, ayuda a explicar este nuevo hallazgo.
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¿Qué pasó en la cámara de fusión?
La fusión es una reacción nuclear que combina dos átomos para crear uno o más átomos nuevos con una masa total ligeramente menor. La diferencia de masa se libera como energía, como se describe en la famosa ecuación de Einstein E = mc^2, donde la energía es igual a la masa por la velocidad de la luz al cuadrado. Dado que la velocidad de la luz es enorme, convertir solo una pequeña cantidad de masa en energía, como en la fusión, produce una cantidad de energía igualmente enorme.
Investigadores de la Instalación Nacional de Ignición del gobierno de EE. UU. (se abre en una pestaña nueva) en California han demostrado el llamado «Fusion Ignition» por primera vez. La ignición es cuando una reacción de fusión crea más energía de la que una fuente externa pone en la reacción y se sostiene a sí misma.
La técnica utilizada en la Instalación Nacional de Ignición fue disparar 192 láseres a una pastilla de combustible de 0,04 pulgadas (1 mm) (se abre en una pestaña nueva) deuterio y tritio, dos versiones del elemento hidrógeno con neutrones añadidos, en un recipiente dorado. Cuando los láseres golpean el bote, producen rayos X que calientan y comprimen la pastilla de combustible a unas 20 veces la densidad del plomo y a más de 5 millones de grados Fahrenheit (3 millones de Celsius), unas 100 veces más caliente que la superficie del Sol. Si puede mantener estas condiciones el tiempo suficiente, el combustible se derretirá y liberará energía. (se abre en una pestaña nueva).
El combustible y el recipiente se vaporizan en unas mil millonésimas de segundo durante el experimento. Luego, los investigadores esperan que su equipo sobreviva al calor y mida con precisión la energía liberada por la reacción de fusión.
Entonces, ¿qué han logrado?
Para evaluar el éxito de un experimento de fusión, los físicos analizan la relación entre la energía liberada en el proceso de fusión y la cantidad de energía en los láseres. Esta relación se llama ganancia. (se abre en una pestaña nueva).
Cualquier cosa por encima de una ganancia de 1 significa que el proceso de fusión liberó más energía de la que entregaban los láseres.
El 5 de diciembre, la Instalación Nacional de Ignición lanzó una pastilla de combustible con 2 millones de julios de energía láser, aproximadamente la cantidad de energía necesaria para hacer funcionar un secador de pelo durante 15 minutos, todo en cuestión de mil millonésimas de segundo. Esto desencadenó una reacción de fusión que liberó 3 millones de julios. (se abre en una pestaña nueva). Eso es una ganancia de aproximadamente 1,5, superando el récord anterior de 0,7 establecido por la instalación en agosto de 2021. (se abre en una pestaña nueva).
¿Qué tan importante es este resultado?
La energía de fusión ha sido el «Santo Grial» de la generación de energía durante casi medio siglo (se abre en una pestaña nueva). Si bien, en mi opinión, una ganancia de 1,5 es un avance científico verdaderamente histórico, todavía queda un largo camino por recorrer antes de que la fusión sea una fuente de energía viable.
Si bien la energía del láser de 2 millones de julios fue menor que el rendimiento de fusión de 3 millones de julios, la instalación requirió casi 300 millones de julios para producir los láseres. (se abre en una pestaña nueva) utilizado en este experimento. Este resultado mostró que la ignición por fusión es posible, pero se necesitará mucho trabajo para mejorar la eficiencia lo suficiente como para que la fusión pueda generar un retorno de energía positivo neto al considerar todo el sistema de extremo a extremo, no solo una sola interacción entre los láseres. y el combustible.
¿Qué necesita mejorar?
Hay una serie de piezas del rompecabezas de la fusión que los científicos han estado mejorando durante décadas para lograr este resultado, y el trabajo adicional puede hacer que este proceso sea más eficiente.
Primero, los láseres no se inventaron hasta la década de 1960. (se abre en una pestaña nueva). Cuando el gobierno de EE. UU. completó la construcción de la Instalación Nacional de Ignición en 2009 (se abre en una pestaña nueva)era el sistema láser más poderoso del mundo, capaz de entregar 1 millón de julios de energía a un objetivo (se abre en una pestaña nueva). Los 2 millones de julios que produce hoy en día son 50 veces más energéticos que el segundo láser más potente del mundo. (se abre en una pestaña nueva). Láseres más potentes y métodos que consumen menos energía para producir estos láseres potentes podrían mejorar en gran medida la eficiencia general del sistema.
Las condiciones de fusión son muy difíciles de mantener. (se abre en una pestaña nueva)y cualquier pequeña imperfección en la cápsula o en el combustible (se abre en una pestaña nueva) puede aumentar la demanda de energía y disminuir la eficiencia. Los científicos han logrado grandes avances en la transferencia de energía del láser al recipiente de manera más eficiente. (se abre en una pestaña nueva) y la radiación de rayos X del bote a la cápsula de combustible (se abre en una pestaña nueva)pero actualmente solo alrededor del 10% al 30% (se abre en una pestaña nueva) toda la energía del láser se transfiere al recipiente y al combustible.
Finalmente, mientras que una parte del combustible, el deuterio, abunda naturalmente en el agua de mar, el tritio es mucho más raro. (se abre en una pestaña nueva). La fusión en sí misma produce tritio. (se abre en una pestaña nueva), por lo que los investigadores esperan desarrollar formas de recolectar este tritio directamente. Ahora existen otros métodos para producir el combustible necesario. (se abre en una pestaña nueva).
Estos y otros obstáculos científicos, tecnológicos y de ingeniería deben superarse antes de que la fusión pueda producir energía para su hogar. También se debe trabajar para reducir el costo de una planta de energía de fusión muy por debajo de la Instalación Nacional de Ignición de $ 3.5 mil millones. (se abre en una pestaña nueva). Estos movimientos requerirán una inversión significativa tanto del gobierno federal como del sector privado.
Vale la pena señalar que existe una carrera mundial por la fusión, con muchos otros laboratorios de todo el mundo que buscan diferentes técnicas. (se abre en una pestaña nueva). Pero con el nuevo resultado de National Ignition Facility, el mundo ha visto evidencia por primera vez de que el sueño de la fusión es posible. (se abre en una pestaña nueva).
Este artículo es republicado por La conversación (se abre en una pestaña nueva) bajo una licencia Creative Commons. Lee esto artículo original (se abre en una pestaña nueva).
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