Lograron reproducir el «corazón de una estrella»: anunciaron un hito en la producción de energía limpia e inagotable

Por primera vez, investigadores de una instalación militar de los Estados Unidos afirman haber producido más energía que la que invirtieron para generarla; pero todavía faltarían décadas para que pudiera aplicarse. 

13 de diciembre, 2022 | 15.43 Por

Nora Bär Las entrañas del NIF, la instalación en la que 192 láseres bombardearon una esferita de milímetros con hidrógeno para logar la fusión nuclear

El Departamento de Energía de los Estados Unidos confirmó este martes una noticia que habían anticipando varios medios anglosajones: investigadores de la Instalación Nacional de Ignición (NIF, según sus siglas en inglés) del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), de California, lograron reproducir el proceso que se registra en el corazón de las estrellas, la fusión nuclear, liberando en el proceso más energía que la necesaria para producir la reacción. El anuncio motivó respuestas de exaltado optimismo. Se habló incluso del descubrimiento del “santo grial de la energía libre de carbono” y se dijo que, después de buscarlo durante 70 años, “se cruzó el Rubicón”.

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“Es un hito que llevó el trabajo de varias generaciones –dijo la asesora de ciencia y tecnología de la Casa Blanca , Arati Prabhakar, en una conferencia de prensa transmitida en vivo–. Este es un hermoso ejemplo de cómo acoplar investigación básica e ingeniería. Nos llevó un siglo darnos cuenta de que las estrellas brillaban por la fusión nuclear. Y después necesitamos avances de muchos tipos para replicarlo en el laboratorio. Eso nos recuerda que aunque sepamos algo muchas veces no podemos aplicarlo de inmediato”.Jennifer M. Granholm, secretaria de Energía de los Estados Unidos

Durante un instante de menos de 100.000 millonésimas de segundo, una bolita de hidrógeno fue bombardeada con una energía equivalente a medio kilo de TNT. Las partículas producto de la fusión representaron una ganancia de energía de 1,5 veces. “Muchos nos dijeron que no era posible”, se enorgulleció la directora del LLNL, Kim Budil. El éxito inspiró la más importante inversión del gobierno norteamericano registrada en esta línea de investigación.https://d-25677500714130340718.ampproject.net/2211302304001/frame.html

El principio teórico ya se había probado, pero hasta ahora no se había podido demostrar esa ganancia de energía positiva, una condición conocida como “ignición” (alrededor de 3 MJ vs 2,05 MJ). Varios especialistas lo calificaron como un “logro trascendental” que quedará en los libros de historia.

“El experimento demuestra sin ambigüedades que la física de fusión nuclear por láser funciona –declaró Robbie Scott, del Grupo de Física de Plasma de la Instalación Láser Central (CLF) del Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología (STFC)–. Para transformar el resultado del NIF en producción de energía queda mucho trabajo por hacer, pero este es un paso clave”.

En The Guardian, el profesor Jeremy Chittenden, del Imperial College London, coincidió: “Si lo que se informó es cierto y se liberó más energía de la que se usó para producir el plasma, es un verdadero momento decisivo. Prueba que el objetivo largamente buscado, el ‘santo grial’ de la fusión, de hecho se puede alcanzar».La conferencia de prensa, que se transmitió en vivo

Sin embargo, tal vez sea un poco pronto para dar rienda suelta a la euforia. Si bien estos resultados son una importante prueba de concepto, la energía obtenida no es mucha más que la necesaria para hacer hervir el agua de una pava. Hay importantes desafíos por delante que podrían llevar décadas de trabajo y otros factores que no harían fácil escalar ni difundir la tecnología.

La posibilidad de unir núcleos atómicos, en lugar de “fisionarlos” o quebrarlos, como ocurre en las centrales de potencia convencionales, para producir energía es un sueño que se acaricia desde hace décadas; entre otras cosas, porque se produce sin emisiones de dióxido de carbono, no deja residuos radiactivos ni presenta el peligro de derretimiento del reactor, y su combustible (hidrógeno, que se extrae del agua) es ilimitado.

Ya en 1920, Arthur Eddington, el astrofísico británico que ayudó a probar experimentalmente la teoría de la relatividad de Einstein, planteó que «las estrellas usan un vasto reservorio de energía por medios que nos son desconocidos» y agregó: «A veces, soñamos que el ser humano algún día aprenderá a liberarlo y usarlo en su beneficio”.

De modo que la idea de emular a las estrellas inspira enorme entusiasmo desde mediados del siglo pasado. En la Argentina, el físico austrohúngaro Ronald Richter, instalado en la Isla Huemul, en Bariloche, incluso llegó a protagonizar un fraude que hizo historia entre 1948 y 1952, cuando proclamó que había logrado desarrollarla.El objetivo contra el cual se disparan los 192 lásers

Pero la fusión no es tan fácil de producir. Es una de las fuerzas más poderosas de la naturaleza y no se deja domar. Entre otras cosas, porque los núcleos atómicos están eléctricamente cargados y no quieren juntarse.

“Hay dos formas básicas de encarar el problema de la fusión nuclear –explica Ricardo Farengo, jefe del pequeño grupo que estudia este tema en el Centro Atómico Bariloche de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA)–. Una es la que se está implementando en el ITER (siglas en inglés que corresponden a Reactor Termonuclear Experimental Internacional, y vocablo latino que significa ‘el camino’), que se llama ‘confinamiento magnético’. En ese caso, uno tiene el combustible a relativamente baja densidad y muy alta temperatura confinado en un volumen grande durante mucho tiempo. Lo que acaba de anunciar la gente del NIF es lo que se llama ‘confinamiento inercial’, en donde se toma una pequeña esfera de combustible de un par de milímetros y la irradia con un láser de muy alta potencia. Entonces eso se comprime y se calienta hasta que llega a la temperatura y densidad necesarias para que se produzca la fusión. Son dos métodos totalmente distintos”.

Según detalla Farengo, el confinamiento inercial hace explotar una pequeña bomba de hidrógeno, pero con una cantidad tan mínima de combustible que produce una cierta cantidad de energía, sin causar daños. “La idea es que un reactor tendría que producir unas diez de esas explosiones por segundo –aclara–. Este dispositivo por ahora hace uno o dos disparos por día”.

El combustible es ínfimo, pero la instalación para irradiarlo es equivalente al tamaño de tres canchas de fútbol. “El láser que emplean es el más poderoso que existe y dispara simultáneamente desde muchas direcciones una enorme cantidad de energía en muy poco tiempo –subraya Farengo–. Pero hay dos problemas. Uno es que el láser pueda entregar la necesaria cantidad de pulsos por segundo. El que se usa en el NIF no puede repetir los disparos con esa frecuencia y no se estima que esa tecnología pueda alcanzar la frecuencia necesaria. Los expertos dicen que eso no es un problema porque en el futuro se usaría una distinta, pero primero hay que construirla. Después, uno tiene que ir soltando una esferita de esas dentro de la cámara de acción a una velocidad de diez por segundo y pegándole con el láser cuando va cayendo”.Otra vista de la instalación donde se realizó el experimento

Lo que se vio y analizó un grupo de expertos independiente, según dijeron en la conferencia de prensa, es que la energía que depositó el láser es un poco menor que la que produjo, pero no se tomó en cuenta la electricidad que se necesitó para generar el pulso. Para que fuera aplicable este sistema, además de todos los obstáculos ya mencionados, en lugar de producir aproximadamente la misma cantidad de energía o un poquito más, la instalación debería multiplicarla unas 70 veces. Y hay otro detalle por tener en cuenta: “Esta ‘facilidad’, como la denominan, es una instalación militar, porque lo que se produce son pequeñas bombas de hidrógeno –cuenta Farengo–. El NIF se construyó para poder seguir estudiando la física de las explosiones termonucleares cuando se estableció la prohibición de hacer detonaciones subterráneas. Ése es su objetivo primario. Su financiamiento proviene fundamentalmente del Departamento de Defensa, no del Departamento de Energía. Todo esto permite inferir que el desarrollo de este tipo de lásers va a estar muy controlado. De hecho, durante mucho tiempo estos resultados eran ‘clasificados’. Estimo que, por la aplicación bélica que tienen, el acceso a la tecnología de fusión por láser y a los lásers de alta potencia va a estar muy restringido”.

Para Farengo, despojado de este tipo de problemas, el confinamiento magnético está mucho más cerca de transformarse en una solución real. “Lo que se anunció es un paso importante –destaca–. Hace un año y medio, o dos venían mejorando lentamente el rendimiento de sus pequeñas explosiones. No quisiera restarles mérito, pero durante el último año también hubo muchas novedades en confinamiento magnético. En el JET, que es el hermano menor del ITER, se logró una cantidad importante de energía, científicos chinos consiguieron mantener la reacción [de fusión] durante 17 minutos a muy alta temperatura, y también se anunciaron avances en la fabricación de imanes superconductores a altas temperaturas, que serán muy útiles”.

Un dato significativo es que para la fusión hace falta litio, el metal que en este momento está en la “cresta de la ola” y del que la Argentina posee una de las reservas más grandes del mundo, junto con Chile y Bolivia. “Los combustibles de fusión primarios son deuterio y tritio, los dos isótopos del hidrógeno –explica Farengo–. Pero el tritio no existe en estado natural, hay que producirlo dentro de reactores y se hace bombardeando litio con neutrones. Las cantidades que harían falta no son muy grandes, porque la densidad de energía es muy alta. Pero algo que nosotros deberíamos hacer, por ejemplo, es producir los compuestos de litio que se usarían en las reacciones de fusión. El agregado de valor sería enorme, porque hay que separar el litio-6 del litio-7, ya que el el primero es el que más interesa para la fusión”.

En opinión del científico argentino, que hace más de 40 años estudia el confinamiento magnético, la Argentina debería hacer más en este tema. “Yo insisto, pero no debo ser muy convincente”, bromea.

Fuente: https://www.eldestapeweb.com/sociedad/energia-nuclear/lograron-reproducir-el-corazon-de-una-estrella-anunciaron-un-hito-en-la-produccion-de-energia-limpia-e-inagotable-2022121315430