El martes, el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) confirmó la información que se había filtrado a principios de esta semana: su Instalación Nacional de Ignición había alcanzado un nuevo hito, liberando significativamente más energía de fusión que la suministrada por los láseres que desencadenaron la fusión. «El lunes 5 de diciembre de 2022 fue un día importante para la ciencia», dijo Jill Hruby, directora de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear. «Alcanzar la ignición en un experimento de fusión controlada es un logro que se ha logrado después de más de 60 años de investigación, desarrollo, ingeniería y experimentación a nivel mundial».
En términos específicos, los láseres de la Instalación Nacional de Ignición depositaron 2,05 megajulios en su objetivo en ese experimento. Las mediciones de la energía liberada después indican que las reacciones de fusión resultantes liberaron 3,15 megajulios, un factor de aproximadamente 1,5. Esa es la relación más alta de salida a entrada lograda hasta ahora en un experimento de fusión.
Sin embargo, antes de llegar a las visiones de plantas de energía de fusión que salpican el paisaje, existe el hecho incómodo de que producir los 2 megajulios de energía láser que inició la reacción de fusión tomó alrededor de 300 megajulios de energía de la red, por lo que el proceso general no está ni cerca de romperse. incluso punto. Entonces, si bien esto fue una señal real de progreso para hacer que esta forma de fusión funcione, todavía nos quedan preguntas importantes sobre si la fusión impulsada por láser puede optimizarse lo suficiente como para ser útil. Al menos un empleado del DOE sugirió que es posible que sea necesario separarlo de sus raíces centradas en las pruebas nucleares para hacerlo.
Comprobar el encendido
Durante el anuncio de hoy, Marv Adams del DOE describió el proceso de la Instalación Nacional de Ignición para usar láseres para desencadenar la fusión. Se trata de colocar una pequeña esfera objetivo que contiene isótopos de hidrógeno dentro de un cilindro de metal, y luego zapping el cilindro con láser. «192 rayos láser entraron desde los dos extremos del cilindro y golpearon la pared interior», dijo Adams. «No golpearon la cápsula, golpearon la pared interior de este cilindro y depositaron energía». Y eso sucedió en menos tiempo del que tarda la luz en moverse 10 pies. Así que es un poco rápido».
El cilindro liberó gran parte de la energía que recibió en forma de rayos X, que comprimen el pequeño objetivo de hidrógeno; otro orador comparó la compresión con romper una pelota de baloncesto del tamaño de un guisante. El intenso calor y la compresión desencadenaron la fusión entre los isótopos de hidrógeno, liberando fotones y neutrones energéticos. Estos transportan gran parte del exceso de energía producido durante las reacciones.
El Departamento de Energía construyó la Instalación Nacional de Ignición en parte porque la fusión de hidrógeno está en el corazón de muchas de sus armas nucleares y porque la fusión es una fuente de energía potencial que produce muchos menos desechos nucleares y mucho menos peligrosos que la fisión nuclear.
La conferencia de prensa deja en claro que, en los últimos años, el equipo que opera la Instalación Nacional de Ignición ha mejorado gradualmente los rendimientos a través de un proceso iterativo. Tienen varias perillas que pueden girar: diferentes formas de distribuir la potencia de los láseres a través de haces individuales, diferentes formas de manejar pequeños defectos en el objetivo, etc. Esto podría alterar no solo la cantidad de fusión que comienza en el objetivo, sino también cómo funciona. la energía se propaga a los isótopos de hidrógeno circundantes.
«Ese plasma quiere perder inmediatamente su energía: quiere explotar, quiere irradiar, está buscando formas de enfriarse», dijo Mark Herrmann de Livermore Labs. «Pero las reacciones de fusión depositan calor en ese plasma, lo que hace que se caliente, por lo que hay una carrera entre el calentamiento y el enfriamiento. Y si el plasma se calienta un poco más, la velocidad de la reacción de fusión aumenta, creando aún más fusión, lo que se calienta aún más. Y, entonces, la pregunta es, ¿podemos ganar la carrera? Y durante muchas, muchas décadas, perdimos la carrera. Nos enfriamos más de lo que calentamos».
Pero todas esas carreras perdidas condujeron a mejores modelos de las condiciones de reacción, incluidos los recientes refinados por estudios de aprendizaje automático de pruebas anteriores, así como a una mejor fabricación de objetivos. Y eso condujo a un ajuste de la distribución de la energía láser que condujo a una compresión del objetivo más simétrica en el experimento reciente. Y eso, aparentemente, marcó una diferencia suficiente para producir este rendimiento inusualmente alto, a pesar de que Annie Kritcher, quien dirige el equipo de diseño experimental, indicó que los experimentos previos al ajuste solo produjeron alrededor de 1,2 megajulios de energía de salida.
El DOE indicó que las condiciones aún no se han replicado, pero trajo un panel de expertos externos para revisar sus mediciones antes de hacer este anuncio. (O al menos no replicado en el mundo real. «Tuve sueños vívidos de todos los resultados posibles de la toma», dijo Kritcher. «Esto siempre sucede antes de una toma, desde un éxito total hasta un fracaso total»).