Los imanes podrían ser el futuro de la fusión nuclear

Para los investigadores y también para los soñadores, una de las mayores esperanzas para un futuro de energía abundante se encuentra acurrucada en un valle cubierto de vino al este de San Francisco.

Aquí se encuentra la Instalación Nacional de Ignición (NIF) en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de California. En el interior de las paredes cuadradas del NIF, los científicos trabajan para producir una mezcla nuclear, exactamente la misma física que alimenta el sol. Hace aproximadamente un año, los científicos del NIF se acercaron más que nadie a un punto de control esencial en la misión de combinación: crear mucha más energía de la que se puso.

Desgraciadamente -aunque en un resultado final familiar para los conocedores de la mezcla- ese globo tendría que esperar. En los meses posteriores al logro, los investigadores del NIF no fueron capaces de reproducir su hazaña.

Pero no se han rendido. Y también un trabajo reciente, publicado en la revista Physics Review Letters el 4 de noviembre, podría llevarles un paso más cerca de resolver un problema que ha confundido a los buscadores de energía durante décadas. Su técnica más novedosa: encender la fusión dentro del flujo de un fuerte campo electromagnético.

La energía de fusión, por decirlo de forma sencilla, pretende imitar el interior del sol. Rompiendo ciertos átomos de hidrógeno juntos y haciendo que se peguen, se obtiene helio y también un mucho de energía. El problema es que para hacer que los átomos se peguen se necesita mucho calor, lo que, a su vez, requiere que los operadores de la fusión gasten cantidades increíbles de energía para empezar.

Antes de poder pensar también en hacer una posible central eléctrica de combinación, es necesario crear de alguna manera aún más energía de la que se pone. Ese punto de inflexión -un factor que los físicos del plasma llaman ignición- ha sido en realidad el objetivo más buscado de la combinación.

El contenedor opcional del NIF es un cilindro chapado en oro, más pequeño que la uña de un dedo humano. Los investigadores llaman a ese cilindro un hohlraum; alberga una pastilla de combustible de hidrógeno del tamaño de un grano de pimienta.

En el momento de la fusión, los investigadores disparan un haz de luces láser finamente ajustado al hohlraum -en la situación del NIF, 192 haces de luces en total- estimulando el cilindro lo suficiente como para evocar violentos rayos X en su interior. Posteriormente, esos rayos X bañan la pastilla, presionándola y golpeándola hasta provocar una implosión que integra los átomos de hidrógeno entre sí. Eso, al menos, es la esperanza.

El NIF utilizó este enfoque para lograr su ventaja demoledora hasta finales de 2021: produciendo alrededor del 70 por ciento de la energía puesta, de lejos el récord en ese momento. Para los físicos del plasma, fue una llamada de atención. "Ha supuesto un soplo de nueva emoción en la comunidad", dice Matt Zepf , físico del Instituto Helmholtz de Jena (Alemania). La gente de la fusión se pregunta: ¿Podría la NIF hacerlo de nuevo?

Como ocurre, tendrían que esperar. Los siguientes disparos de láser no lo hicieron bien en acercarse también a ese original. Componente del problema es que, incluso con toda la experiencia y las habilidades que tienen, los investigadores tienen un tiempo extremadamente difícil anticipar lo que exactamente un disparo hará.

" Las implosiones del NIF están mostrando actualmente fluctuaciones sustanciales en su rendimiento, lo que es provocado por pequeñas variantes en la alta calidad del objetivo y también en la calidad del láser", afirma John Moody , físico del NIF. "Los objetivos son extremadamente, grandes, sin embargo, pequeños defectos pueden tener un gran efecto".

Los físicos podrían seguir ajustando su láser o retocando su polea de gas. Pero puede haber un tercer medio para aumentar esa eficiencia: bañar el hohlraum y su pelotilla de gas en un campo magnético.

Pruebas con otros láseres, como OMEGA en Rochester, Nueva York, y el Fabricante de Z en Sandia, Nuevo México- habían demostrado que este método podría resultar fructífero. Además, las simulaciones del sistema informático del propio láser de NIF sugirieron que un campo electromagnético puede aumentar la energía de los disparos de mejor rendimiento de NIF.

" El gas premagnetizado nos permitirá obtener un gran rendimiento incluso con objetivos o envíos de láser un poco alejados de lo que deseamos", afirma Moody, uno de los autores del artículo.

Así que los científicos del NIF decidieron intentarlo ellos mismos.

Primero tuvieron que cambiar el hohlraum. El oro puro no funcionaría bien: poner el metal bajo un campo magnético como el suyo produciría corrientes eléctricas en las paredes del cilindro, destrozándolo. Así que los científicos crearon un nuevo cilindro, construido a partir de una aleación de oro y también de tantalio, un elemento de tierras raras que se encuentra en algunos aparatos electrónicos.

A continuación, los investigadores llenaron su flamante hohlraum con una pastilla de hidrógeno, encendieron el campo magnético y alinearon un disparo.

Como ocurrió, el campo magnético sin duda hizo una distinción. En comparación con disparos similares sin imán, la energía se triplicó. Se trataba de un disparo de examen de baja potencia, sin duda, pero los resultados ofrecen a los científicos un nuevo rayo de esperanza. "El trabajo supone un gran logro", afirma Zepf, que no ha redactado el informe.

Aun así, los resultados son incipientes, "esencialmente aprender a caminar antes de correr", advierte Moody. A continuación, los científicos del NIF intentarán replicar la prueba con otras configuraciones de láser. Si pueden hacerlo, reconocerán que pueden añadir un campo magnético a una amplia variedad de disparos.

Como todo en este brumoso plano de la física, esto por sí solo no será suficiente para resolver todos los problemas de la mezcla. Además, si el NIF consigue la ignición, después viene la fase 2: tener la capacidad de desarrollar mucha más energía de la que se pone, algo que los físicos telefónicos llaman "ganancia". Especialmente para un láser de la restringida dimensión del NIF, dice Zepf, esa es una misión mucho más premonitoria.

No obstante, los ojos del mundo de la fusión estarán ciertamente disfrutando. Zepf afirma que los resultados del NIF pueden educar a centros comparables de todo el mundo sobre cómo obtener el máximo de sus disparos láser.

Lograr una alta ganancia adecuada es un prerrequisito para una fase aún mejor en el futuro: convertir realmente el calor de la energía combinada en un diseño viable de planta de energía nuclear. Eso es todavía un paso adicional para los físicos de fragmentos - y también es un trabajo que el barrio de la combinación ya está sirviendo.

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