Tanto para los científicos como para los soñadores, una de las mayores esperanzas de un futuro lleno de energía se encuentra en un valle cubierto de bodegas al este de San Francisco.
Aquí se encuentra la Instalación Nacional de Ignición (NIF) en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de California. Dentro de las paredes cuadradas de NIF, los científicos están trabajando para crear fusión nuclear, la misma física que alimenta al sol. Hace aproximadamente un año, los científicos del NIF se acercó más que nadie a un punto de control clave en la búsqueda de la fusión: crear más energía de la que se puso.
Desafortunadamente, pero en un resultado familiar para aquellos familiarizados con la fusión, ese mundo tendría que esperar. En los meses posteriores al logro, los científicos del NIF no pudimos
Pero no se han rendido. Y un artículo reciente, publicado en el diario Cartas de repaso de física el 4 de noviembre, podría llevarlos un paso más cerca de resolver un problema que ha confundido a los buscadores de energía durante décadas. Su último truco: iluminar la fusión dentro del flujo de un fuerte campo magnético.
El poder de fusión, en pocas palabras, tiene como objetivo imitar el interior del sol. Al romper ciertos átomos de hidrógeno y hacer que se peguen, se obtiene helio y un lote de energía. El problema es que hacer que los átomos se adhieran entre sí requiere temperaturas muy altas, lo que, a su vez, requiere que los operadores de fusión gasten cantidades increíbles de energía en primer lugar.
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Antes de que pueda siquiera pensar en hacer una planta de energía de fusión factible, necesita crear de alguna manera más energía de la que pone. Ese punto de inflexión, un punto que los físicos de plasma llaman ignición, ha sido el objetivo más buscado de la fusión.
El contenedor elegido por el NIF es un cilindro chapado en oro, más pequeño que una uña humana. Los científicos llaman a ese cilindro hohlraum; alberga una bolita de combustible de hidrógeno del tamaño de un grano de pimienta.
En el momento de la fusión, los científicos disparan rayos láser finamente afinados al hohlraum (en el caso de NIF, 192 rayos en total) energizando el cilindro lo suficiente como para evocar rayos X violentos en su interior. A su vez, esos rayos X bañan el gránulo, apretándolo y golpeándolo en una implosión que fusiona los átomos de hidrógeno. Esa, al menos, es la esperanza.
NIF utilizó este método para lograr su resultado aplastante a fines de 2021: generar alrededor del 70 por ciento de la energía invertida, por lejos el récord en ese momento. Para los físicos de plasma, fue un canto de sirena. “Ha insuflado nuevo entusiasmo en la comunidad”, dice matt zepf, físico del Instituto Helmholtz de Jena en Alemania. Fusion-folk se preguntó: ¿Podría NIF hacerlo de nuevo?
Da la casualidad de que tendrían que esperar. Disparos láser posteriores no tuvo éxito en acercarse incluso a ese original. Parte del problema es que, incluso con todo el conocimiento y las capacidades que tienen, a los científicos les resulta muy difícil predecir qué hará exactamente un disparo.
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“Las implosiones NIF actualmente muestran fluctuaciones significativas en su rendimiento, lo que se debe a ligeras variaciones en la calidad del objetivo y la calidad del láser”, dice Juan Moody, físico del NIF. “Los objetivos son muy, muy buenos, pero las imperfecciones leves pueden tener un gran efecto”.
Los físicos podrían continuar afinando su láser o jugando con su pila de combustible. Pero podría haber una tercera forma de mejorar ese rendimiento: bañar el hohlraum y su pastilla de combustible en un campo magnético.
Pruebas con otros láseres, como OMEGA en Rochester, Nueva York, y el Máquina Z en Sandia, Nuevo México— había demostrado que este método podía resultar fructífero. Además, las simulaciones por computadora del propio láser de NIF sugirieron que un campo magnético podría duplicar la energía de los disparos de mejor rendimiento de NIF.
“El combustible premagnetizado nos permitirá obtener un buen rendimiento incluso con objetivos o entrega de láser que está un poco fuera de lo que queremos”, dice Moody, uno de los autores del artículo.
Así que los científicos del NIF decidieron probarlo ellos mismos.
Primero tuvieron que cambiar el hohlraum. El oro puro no funcionaría bien: poner el metal bajo un campo magnético como el de ellos crearía corrientes eléctricas en las paredes del cilindro, desgarrándolo. Entonces, los científicos fabricaron un nuevo cilindro, forjado a partir de una aleación de oro y tantalio, un metal raro que se encuentra en algunos dispositivos electrónicos.
Luego, los científicos llenaron su nuevo hohlraum con una bolita de hidrógeno, encendieron el campo magnético y alinearon un tiro.
Como sucedió, el campo magnético de hecho marcó la diferencia. En comparación con disparos sin imanes similares, la energía se triplicó. Fue un disparo de prueba de baja potencia, sin duda, pero los resultados dan a los científicos un nuevo rayo de esperanza. “El documento marca un logro importante”, dice Zepf, quien no fue autor del informe.
Aún así, los resultados son tempranos, “esencialmente aprender a caminar antes de correr”, advierte Moody. A continuación, los científicos del NIF intentarán replicar el experimento con otras configuraciones de láser. Si pueden hacer eso, sabrán que pueden agregar un campo magnético a una amplia gama de tomas.
Como ocurre con cualquier cosa en este brumoso plano de la física, esto por sí solo no será suficiente para resolver todos los problemas de la fusión. Incluso si NIF logra la ignición, luego viene la fase dos: ser capaz de crear significativamente más energía de la que pones, algo que los físicos llaman “ganancia”. Especialmente para un láser del tamaño limitado de NIF, dice Zepf, esa es una búsqueda aún más premonitoria.
No obstante, los ojos del mundo de la fusión estarán atentos. Zepf dice que los resultados de NIF pueden enseñar a instalaciones similares en todo el mundo cómo aprovechar al máximo sus disparos láser.
Lograr una ganancia lo suficientemente alta es un requisito previo para una fase que está aún más en el futuro: convertir realmente el calor de la energía de fusión en un diseño de planta de energía factible. Ese es otro paso más para los físicos de partículas, y es un proyecto en el que la comunidad de fusión ya está trabajando.