Un importante anuncio sobre energía de fusión salió hoy del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California. Los científicos de la instalación pudieron iniciar un experimento de fusión que produjo más energía de la necesaria para su ignición, apuntando 192 rayos láser que recreaban la energía del sol en cada extremo de un pequeño cilindro que contenía un trozo esférico de combustible de hidrógeno encerrado en un diamante. Tras el impacto de los rayos con la pared interna del cilindro, la energía depositada en ese material se liberó en forma de rayos X, «apretando» la cápsula por todos lados, según el administrador adjunto de programas de defensa de la NNSA, el Dr. Marvin «Marv» Adams.
Como señala el Dr. Adams, esto constituyó un experimento de fusión bastante típico, realizado «cientos» de veces antes. ¿La diferencia en el experimento realizado el 5 de diciembre de 2022? Los científicos pudieron mantener el combustible de fusión esférico «lo suficientemente caliente, lo suficientemente denso, lo suficientemente redondo, durante el tiempo suficiente» para que se encendiera, produciendo «más energías que las depositadas por los láseres». Los láseres contribuyeron con 2 megajulios, y el experimento produjo 3 megajulios, empujando la tecnología más allá del punto de «equilibrio energético científico». Esa energía se produjo en menos tiempo del que tarda la luz en viajar una pulgada, agregó el Dr. Adams.
Entonces, ¿qué significa este gran avance científico para los automóviles? ¿Verá que la energía de fusión reemplaza a las centrales eléctricas de carbón, eólicas o nucleares en el corto plazo? La inmersión profunda del director técnico Frank Markus en esta prometedora tecnología limpia (no produce emisiones notables ni radioac) y lo que tiene para la industria automotriz y más allá, publicado originalmente en abril de 2022, continúa a continuación:
Mucha gente se resiste a los autos eléctricos porque nuestra red eléctrica no es lo suficientemente verde, con el 60 por ciento de nuestra electricidad generada por combustibles fósiles. El resto se divide aproximadamente entre energía renovable (eólica e hidráulica, principalmente) y fisión nuclear. Este último ha estado en constante declive desde el desastre de Fukushima en 2011, pero en febrero hubo buenas noticias en el frente de la energía de fusión nuclear renovable y mucho más ecológica.
A fines de 2021, el laboratorio Joint European Torus (JET) con sede en el Reino Unido rompió el récord mundial que estableció en 1997 para la energía extraída mediante la fusión de isótopos de hidrógeno para formar helio: 16,4 kWh de energía en 5 segundos. Eso es solo suficiente para conducir unas 50 millas en un EV, e incluso ignorando la energía gastada para iniciar la reacción, el dispositivo invirtió el triple de la energía producida durante la reacción. Nadie está izando una pancarta de «Misión cumplida», pero 5 segundos es una eternidad en términos de reacción de fusión, y este resultado convenció a los científicos de que son posibles reacciones de energía positiva más prolongadas. Repasemos cómo funciona la energía de fusión.
A las temperaturas y presiones que impulsan la fusión en estrellas como nuestro sol, la mayoría de los elementos más livianos que el hierro (número atómico 26) pueden fusionarse, liberando energía en el proceso. La fusión de dos isótopos de hidrógeno (número atómico 1) para formar helio (2) ocurre a temperaturas más bajas y libera más energía que la fusión de elementos más pesados, por lo que la investigación actual sobre energía de fusión nuclear se centra en la fusión de isótopos de H2, deuterio y tritio. El núcleo del primero consta de un neutrón y un protón, mientras que el segundo tiene dos neutrones y un protón. Al fusionarse, se pierde un poco de masa con ese neutrón sobrante, por lo que para equilibrar la ecuación de Einstein E=mc2, se libera energía con esa masa.
La intensa presión gravitacional dentro del sol permite que esta reacción ocurra a una temperatura templada de 10 millones de grados C, pero aquí en la Tierra debemos aumentar el calor por encima de los 100 millones de grados. A esas temperaturas, los átomos de gas de hidrógeno se dividen en partículas cargadas positiva y negativamente llamadas plasma (un rayo es plasma). Dado que ningún material puede contener tales temperaturas, la reacción debe tener lugar en el vacío con el combustible «contenido» por un intenso campo magnético. Dar forma a la cámara de vacío y al campo magnético como el interior de un molde de dona (un toro) permite que estas moléculas sobrecalentadas zumban en círculos mientras se calientan eléctrica o magnéticamente hasta que chocan entre sí y se fusionan. (Busque «tokamak» y «stellarator» para obtener más información sobre estos contenedores magnéticos).
La reacción en JET, impulsada por dos volantes de 500 MW, solo duró 5 segundos porque ese fue el tiempo que tardaron los electroimanes de cobre que manejaban ese intenso campo de contención en sobrecalentarse. Pero el Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER) considerablemente más grande que se está construyendo en Cadarache, Francia, empleará imanes sobreenfriados. Ese dispositivo está destinado a demostrar la viabilidad de una fusión nuclear neta positiva sostenible. El reciente experimento JET verificó los cálculos que sugieren que ITER tendrá éxito cuando comience los experimentos de fusión en 2035.
¿Por qué la fusión es más segura? En primer lugar, no hay nada en la reacción en sí que deba restringirse para evitar un colapso como el de Fukushima. Si el campo de contención falla, la reacción simplemente se detiene. La radiactividad involucrada es mucho más baja. El combustible de tritio es levemente radiactivo, pero se usa en pequeñas cantidades y su radiación abandona el cuerpo humano rápidamente. Las emisiones de neutrones de alta energía generan algo de radiactividad, pero es fácil de contener y se descompone rápidamente. El combustible se utiliza por completo, produciendo helio inofensivo y sin dejar residuos nocivos.
Casi no se necesita minería. El deuterio se produce de forma natural (lo que representa uno de cada 5000 átomos de hidrógeno en el agua de mar) y, aunque el tritio es raro en la naturaleza, se puede producir exponiendo el litio a los neutrones energéticos emitidos por la reacción de fusión, por lo que un reactor en funcionamiento puede generar su propio tritio. en la zona.
¿Qué tan pronto podremos impulsar nuestros autos con fusión? Los investigadores, en gran parte financiados por el gobierno, apuntan a 2050, pero un aumento reciente en la financiación del sector privado me da la esperanza de que la línea de tiempo se pueda comprimir, como sucedió en el campo de la vacuna de ARNm. ¿No es el calentamiento global una amenaza aún mayor que el COVID?
Esta historia se publicó originalmente el 19 de abril de 2022 y desde entonces se ha actualizado para reflejar un importante desarrollo estadounidense de la tecnología de energía de fusión.