Los científicos acaban de anunciar un gran avance en la ignición de la fusión nuclear: por primera vez, el corazón de un potente reactor de fusión generó brevemente más energía de la que se le puso. Pero los expertos piden cautela y dicen que el avance, aunque enormemente significativo, todavía está muy lejos de la energía nuclear segura e ilimitada.
El martes (13 de diciembre), los físicos de la Instalación Nacional de Ignición (NIF) financiada por el gobierno de EE. UU. en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California anunciaron que podían disparar un láser que transportaba aproximadamente 2 megajulios de energía en una pequeña pastilla de combustible compuesta por de dos isótopos de hidrógeno, convirtiendo los átomos en plasma y produciendo 3 megajulios de energía, un aumento del 50%.
Los científicos están muy entusiasmados con los resultados, pero desconfían de exagerarlos. El reactor en su conjunto no produjo una ganancia neta de energía. Para que una reacción de fusión sea útil en la práctica, las decenas de megajulios extraídos de la red eléctrica, convertidos en rayos láser y disparados al núcleo del reactor tendrían que ser significativamente menores que la energía liberada del plasma.
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Pero el nuevo hito de la ignición del plasma solo tiene en cuenta la energía del láser que entra y la energía del plasma que sale, no la pérdida considerable de convertir la electricidad en luz.
Además, la reacción tiene lugar en una diminuta pastilla de combustible dentro del láser más grande del mundo, dura solo unas pocas milmillonésimas de segundo y solo puede repetirse cada seis horas. Esto hace que la reacción sea demasiado ineficaz para fines prácticos.
«La ganancia de energía neta es un hito significativo, pero para ponerlo en perspectiva, significa que la fusión es ahora donde Fermi colocó la fisión hace unos ochenta años». Ian Lowe, físico y profesor emérito de la Universidad de Griffith en Australia, dijo a WordsSideKick.com. “El gran problema técnico es mantener una masa de plasma a una temperatura de varios millones de grados para permitir la fusión, mientras se extrae suficiente calor para proporcionar energía útil. Todavía no he visto un diagrama esquemático creíble de un reactor de fusión que logre ese objetivo. «
Cómo funcionan los reactores de fusión
Los reactores de fusión existentes se pueden dividir en dos grandes categorías: reactores de confinamiento inercial como los NIF, que contienen el plasma caliente con láseres o haces de partículas, y reactores de confinamiento magnético, como el Joint European Torus (JET) con sede en el Reino Unido, el próximo proyecto internacional de Europa. el Reactor Termonuclear Experimental (ITER) y el Tokamak Superconductor Experimental Avanzado de China (EAST), que esculpen el plasma en varias formas toroidales con fuertes campos magnéticos. En el ITER, el campo que confina el plasma en llamas será 280.000 veces más fuerte como el de alrededor Tierra.
Los diferentes tipos de reactores reflejan diferentes estrategias para superar las intimidantes barreras técnicas de la fusión. Los reactores de confinamiento magnético, conocidos como tokamaks, tienen como objetivo mantener el plasma ardiendo continuamente durante períodos prolongados de tiempo (el objetivo de ITER es hacer esto por hasta 400 segundos). Pero, a pesar de estar cada vez más cerca, los tokamaks aún tienen que generar una ganancia neta de energía a partir de sus plasmas.
Por otro lado, los sistemas de confinamiento inercial como el reactor NIF, que también opera para probar explosiones termonucleares con fines militares, generan ráfagas de energía al quemar rápidamente una pequeña porción de combustible tras otra. Este combustible, sin embargo, viene en forma de gránulos discretos, y los científicos aún tienen que descubrir cómo reemplazarlos lo suficientemente rápido como para mantener una reacción por más de la más mínima fracción de segundo.
«Eso es muy, muy complicado porque significaría que necesita colocar su próximo perdigón durante el tiempo que el [plasma] nube se expande en la vasija,» Yves Martín, dijo a WordsSideKick.com el subdirector del Swiss Plasma Center en la École polytechnique fédérale de Lausanne en Suiza. «Esta bolita es típicamente de un milímetro [0.04 inches] grande en diámetro y tiene que ser colocado en una habitación de nueve metros [30 feet] a través de. Hasta donde yo sé, todavía cuesta varias decenas de miles de dólares. [to get the reaction going]. Para ser interesante, debería bajar a un dólar o incluso menos».
Un isótopo muy caro
Otro problema para los reactores de fusión es la disminución de los suministros de tritio, un isótopo clave que se combina con deuterio como combustible para la reacción. Una vez que un subproducto común y no deseado de las pruebas de armas nucleares al aire libre y la fisión nuclear, que divide los átomos en lugar de combinarlos y produce muchos más desechos radiactivos, la vida media de 12,3 años del tritio significa que gran parte de su stock existente ya está en camino a siendo inutilizable, por lo que es una de las sustancias más caras de la Tierra a $30,000 por gramo (se abre en una pestaña nueva).
Los físicos han propuesto otros métodos para producir tritio, como reproducirlo dentro de reactores nucleares que capturan neutrones perdidos. Pero, además de algunos experimentos a menor escala, los costos que se dispararon rápidamente significaron que los planes para probar el cultivo de tritio en ITER tuvieron que descartarse.
Los investigadores de fusión creen que si se puede encontrar la voluntad política y resolver los desafíos de ingeniería, los primeros reactores de fusión viables podrían entrar en funcionamiento tan pronto como en 2040. Pero eso todavía es diez años demasiado tarde para mantener el calentamiento global por debajo del objetivo de 1,5 grados Celsius grados Fahrenheit), para 2030.
«Los tomadores de decisiones anhelan el santo grial de la energía limpia de un recurso abundante», dijo Lowe. «Después de haber gastado squillions en la investigación de la fusión, son muy reacios a darse por vencidos, al igual que pasaron décadas persiguiendo la fantasía del reactor reproductor. [a fission reactor which outputs more energy than it consumes].»
Sin embargo, en los últimos años se han producido mejoras en la tecnología de fusión que llegan de manera constante. Estos incluyen una prueba exitosa de AI a controlar el plasma dentro de un tokamak; a montón de registros en generación de energía, tiempo de quemado de plasma y temperaturas del reactor a través de múltiples experimentos; y el reescritura de una regla fundamental lo que podría permitir que los futuros reactores generen el doble de energía. A la luz de estos avances, los científicos de fusión insisten en que se necesitan múltiples estrategias para una solución a largo plazo a la crisis climática, y que la fusión se convertirá en un componente vital de un futuro sistema energético libre de carbono.
«Si quisiéramos depender únicamente de las energías renovables, necesitaríamos tal exceso de instalaciones para tener la cantidad de energía que normalmente necesitarías en invierno, o en un período sin viento. Necesitamos algo que sea el nivel base que producir exactamente lo que quiere», dijo Martin. «No es porque crea en la fusión que no pondré algunos paneles solares en mi techo. En cierto sentido, realmente necesitamos usar todo lo que sea mejor que los combustibles fósiles».
