Logran por primera vez que la fusión nuclear genere más energía de la que consume

Científicos estadounidenses han dado un paso histórico hacia una fuente de energía ilimitada. “Es la culminación de muchas décadas de arduo trabajo”, señalaron.

Una imagen del comienzo de los experimentos que ahora ha llegado a este punto. Foto: National Ignition Facility
Una imagen del comienzo de los experimentos que ahora ha llegado a este punto. Foto: National Ignition Facility
Ciencia LR

Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) de Estados Unidos lograron por primera vez en la historia una reacción de fusión nuclear que genera más energía de la que consume.

En las últimas décadas, los científicos han tratado de replicar de forma sostenible la fusión nuclear, el mismo proceso de generación de energía que ocurre en el interior del Sol. En la Tierra, esto es posible mediante elementos naturales abundantes y no contaminantes, pero las pruebas realizadas siempre han consumido más energía de la que finalmente producen.

Por tanto, el reciente avance es clave en el desarrollo de esta fuente de energía limpia y prácticamente ilimitada, lo cual significaría una solución para los problemas medioambientales de la Tierra.

De acuerdo con un comunicado sobre estos resultados, presentados en la 63a Reunión Anual de la División de Física de Plasma de la APS, el experimento se llevó a cabo el 8 de agosto en la Instalación Nacional de Ignición (NIF), el mayor laboratorio láser del planeta.

Preamplificadores que aumentan los rayos láser en la Instalación Nacional de Ignición. Foto: LLNL / Damien Jemison

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¿Cómo fue el experimento?

La investigadora Debra Callahan detalla que dispararon cerca de 200 rayos láser a una pequeña cámara de oro hueca que albergaba una cápsula compuesta por deuterio y tritio, formas pesadas del hidrógeno.

Los rayos láser calientan y comprimen la cápsula, llevándola a temperaturas y presiones comparables a las del núcleo de una estrella. Esto hace que los átomos de tritio y deuterio se fusionen en elementos más pesados, lo que libera grandes cantidades de energía.

Todo ocurre en 100 billonésimas de segundo.

Según los datos del experimento, los rayos láser impactaron en la cámara con una energía de 1,9 megajulios (MJ), pero la cápsula consumió solo 0,25 MJ de esa cantidad.

Cuando revisaron la lectura de energía tras el proceso de fusión en la cápsula, notaron que esta generó 1,3 MJ, más de cinco veces lo que había consumido.

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Según los autores, esto significa que se produjo un “plasma ardiente”, lo que ocurre cuando la energía generada por la fusión es la principal fuente de calentamiento, por encima de influencias externas como los rayos láser.

La energía registrada, además, es ocho veces mayor en comparación a la que obtuvieron en experimentos anteriores.

Los resultados del estudio serán puestos a disposición de la comunidad científica para su revisión.

El siguiente y definitivo paso: la ignición

El objetivo de este proyecto de interés mundial es lograr la ignición, un punto en el que la energía generada por fusión exceda la utilizada y así el proceso comience a mantenerse por sí mismo, sin necesidad de una fuente externa.

La fusión del reciente experimento hubiera logrado este hito si la energía generada superaba los 1,9 MJ provenientes de los rayos láser.

Tal vez la clave esté en averiguar por qué la cápsula consumió menos del 15% de toda la energía recibida. ¿Cuán grande hubiera sido esa fusión si se aprovechaba un poco más de energía?

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Como indicó el físico Johan Frenje del Centro de Fusión y Ciencia del Plasma del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts): “Lograr la ignición en un laboratorio sigue siendo uno de los grandes desafíos científicos de esta era y este resultado es un paso trascendental hacia el logro de ese objetivo”.

“Representa la culminación de muchas décadas de arduo trabajo, innovación e ingenio, trabajo en equipo a gran escala”, añade.

Cabe precisar que la fusión nuclear es distinta a la fisión nuclear. En la primera, la energía se libera cuando los núcleos de los átomos se combinan para formas núcleos más grandes. La segunda, que induce la división de los núcleos para formar otros más pequeños, es la que aprovechan las actuales plantas nucleares para la generación de electricidad.

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La fusión resulta más prometedora debido a que tiene el potencial de generar hasta cuatro veces más energía que la fisión con un costo de operación similar. Asimismo, no genera desechos radiactivos ni conlleva peligro de ocasionar reacciones explosivas.

Este método, inclusive, puede llegar a sustituir los combustibles fósiles para cuidar mejor el medioambiente.