Un paso hacia la Fusión Nuclear eficiente

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Desde la década de los años 50 del siglo pasado, los científicos investigan en una fuente de energía ilimitada que podría acabar con los problemas energéticos del mundo, la Fusión Nuclear.

La fusión nuclear es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen y forman un núcleo más pesado. Simultáneamente se libera o absorbe una cantidad enorme de energía, que permite a la materia entrar en un estado plasmático, es decir , un estado fluido similar al estado gaseoso pero en el que determinada proporción de sus partículas están cargadas eléctricamente y no poseen equilibrio electromagnético. En el dibujo podéis ver la fusión de deuterio con tritio, dos isótopos del hidrógeno, y cuyos productos son helio 4, un neutrón y 17,59 MeV de energía.

Para que pueda ocurrir la fusión, se debe superar una importante barrera de energía producida por la fuerza electrostática (barrera culombiana). A grandes distancias, dos núcleos se repelen debido a la fuerza de repulsión electrostática entre sus protones, cargados positivamente. Sin embargo, si se pueden acercar dos núcleos lo suficiente, debido a la interacción nuclear fuerte, que en distancias cortas es mayor, se puede superar la repulsión electrostática. Así, una de las mayores dificultades técnica para la fusión es conseguir que los núcleos se acerquen lo suficiente para que ocurra este fenómeno.

Otra dificultad es debido al estado plasmático de la materia (combustible -Deuterio y Tritio-) que se utiliza en la fusión. Dado que no existe en el mundo un material capaz de contener plasma, los “contenedores” del combustibles no pueden ser físicos, sino magnéticos o, más recientemente, generados por láser. El problema, conocido como de “confinamiento del plasma” requiere de una gran cantidad de energía para funcionar. De hecho, más energía de la que el reactor es capaz de producir. Por lo que es difícil lograr que los reactores generen más energía de la que consumen.

Unos  científicos del Livermore National Laboratory (LLNL), en Estados Unidos, han conseguido al menos una parte de este objetivo: por primera vez, han logrado en una reacción de fusión liberar más energía que la que absorbe el combustible utilizado (de deuterio-tritio o DT) en el proceso.

En un artículo publicado en la revista Nature, los autores del avance detallan una serie de experimentos realizados en el National Ignition Facility (NIF), en los que se ha constatado una mejora en el rendimiento, alrededor de 10 veces superior, al conseguido en experimentos anteriores.

Los experimentos desarrollados en el NIF se hicieron con un tipo de confinamiento del combustible conocido como confinamiento inercial (FCI) que consiste en conseguir las condiciones necesarias para que se produzca la fusión nuclear dotando a las partículas del combustible de la cantidad de movimiento necesaria para que con el choque de las mismas se venza la barrera culombiana y así se pueda producir la reacción nuclear de fusión.

Caja metálica llamada hohlraum que sostiene la cápsula de combustible en los experimentos del NIF.

El combustible (DT) se introduce en una esfera, que a su vez, está dentro de una cavidad donde se desarrolla la reacción. Una vez dentro, la esfera con el combustible, se les hace incidir un haz de láser que aumenta la energía de su capa externa. Esta energía transcurre hacia el interior de la esfera en forma de partículas alfa, y provoca la implosión del combustible, lo que a su vez produce más partículas alfa. Este proceso de retroalimentación es el mecanismo que propicia la ignición. La radiación emitida se va depositando en las paredes de la cavidad y luego es transferida a un líquido refrigerante. Así se consigue la energía.

Dibujo20140214 inertially confined fusion - nif - indirectly driven target - nature13008-f1

Los experimentos fueron cuidadosamente diseñados para evitar la desintegración del armazón plástico que rodea y confina el combustible DT, a medida que es comprimido por la energía vertida sobre él. Los investigadores habían teorizado que dicha desintegración podría ser la causa del rendimiento degradado de los procesos de fusión, observado en experimentos previos. Lo consiguieron modificando el haz de láser utilizado, hasta suprimir la inestabilidad que causa la desintegración del armazón.

Fuentes:

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