Los informes recientes de científicos que buscan un nuevo tipo de tecnología de fusión nuclear son alentadores, pero todavía estamos a cierta distancia del "santo grial de la energía limpia".

La tecnología desarrollada por Heinrich Hora y sus colegas de la Universidad de Nueva Gales del Sur utiliza potentes láseres para fusionar átomos de hidrógeno y boro. liberando partículas de alta energía que pueden usarse para generar electricidad. Al igual que con otros tipos de tecnología de fusión nuclear, sin embargo, la dificultad está en construir una máquina que pueda iniciar la reacción de manera confiable y aprovechar la energía que produce.

¿Qué es la fusión?

La fusión es el proceso que impulsa al Sol y las estrellas. Ocurre cuando los núcleos de dos átomos se fuerzan tan cerca uno del otro que se combinan en uno, liberando energía en el proceso. Si la reacción se puede domesticar en el laboratorio, tiene el potencial de proporcionar electricidad de carga base casi ilimitada con prácticamente cero emisiones de carbono.

La reacción más fácil de iniciar en el laboratorio es la fusión de dos isótopos diferentes de hidrógeno:deuterio y tritio. El producto de la reacción es un ion de helio y un neutrón de movimiento rápido. La mayoría de las investigaciones sobre fusión hasta la fecha han seguido esta reacción.

La fusión de deuterio-tritio funciona mejor a una temperatura de aproximadamente 100ºC, 000, 000 ℃. Confinar un plasma —el nombre que se le da al estado flamígero de la materia a tales temperaturas— que está caliente no es tarea fácil.

El enfoque principal para aprovechar la energía de fusión se llama confinamiento magnético toroidal. Las bobinas superconductoras se utilizan para crear un campo aproximadamente un millón de veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra para contener el plasma.

Los científicos ya han logrado la fusión deuterio-tritio en experimentos en los EE. UU. (El Reactor de prueba de fusión Tokamak) y el Reino Unido (el Joint European Torus). En efecto, Este año se llevará a cabo una campaña de fusión de deuterio-tritio en el experimento del Reino Unido.

Estos experimentos inician una reacción de fusión utilizando un calentamiento externo masivo, y se necesita más energía para sostener la reacción de la que produce la propia reacción.

La siguiente fase de la investigación de fusión convencional implicará la construcción de un experimento llamado ITER ("el camino" en latín) en el sur de Francia. En ITER, los iones de helio confinados creados por la reacción producirán tanto calor como las fuentes de calor externas. Como el neutrón rápido transporta cuatro veces más energía que el ion helio, la ganancia de potencia es un factor de cinco.

ITER es una prueba de concepto antes de la construcción de una central eléctrica de demostración.

¿Qué tiene de diferente el uso de hidrógeno y boro?

La tecnología informada por Hora y sus colegas sugiere usar un láser para crear un campo magnético de confinamiento muy fuerte, y un segundo láser para calentar una pastilla de combustible de hidrógeno-boro para alcanzar el punto de ignición por fusión.

Cuando un núcleo de hidrógeno (un solo protón) se fusiona con un núcleo de boro-11, produce tres núcleos de helio energéticos. En comparación con la reacción deuterio-tritio, esto tiene la ventaja de no producir neutrones, que son difíciles de contener.

Sin embargo, la reacción hidrógeno-boro es mucho más difícil de desencadenar en primer lugar. La solución de Hora es usar un láser para calentar una pequeña pastilla de combustible a la temperatura de ignición, y otro láser para calentar bobinas de metal para crear un campo magnético que contendrá el plasma.

La tecnología utiliza pulsos láser muy breves, durando solo nanosegundos. El campo magnético requerido sería extremadamente fuerte, alrededor de 1, 000 veces más fuerte que el utilizado en los experimentos de deuterio-tritio. Investigadores de Japón ya han utilizado esta tecnología para crear un campo magnético más débil.

Hora y sus colegas afirman que su proceso creará un "efecto de avalancha" en la pastilla de combustible que significa que se producirá mucha más fusión de la que se esperaría de otro modo. Si bien existe evidencia experimental que respalda cierto aumento en la velocidad de reacción de fusión al adaptar el rayo láser y el objetivo, para comparar con las reacciones deuterio-tritio, el efecto de avalancha necesitaría aumentar la velocidad de la reacción de fusión en más de 100, 000 veces a 100, 000, 000 ℃. No hay evidencia experimental de un aumento de esta magnitud.

¿A dónde vamos desde aquí?

Los experimentos con hidrógeno y boro ciertamente han producido resultados físicos fascinantes, pero las proyecciones de Hora y sus colegas de un camino de cinco años para lograr el poder de fusión parecen prematuras. Otros han intentado la fusión activada por láser. La Instalación Nacional de Ignición en los EE. UU., por ejemplo, ha intentado lograr la ignición por fusión de hidrógeno-deuterio utilizando 192 rayos láser enfocados en un objetivo pequeño.

Estos experimentos alcanzaron un tercio de las condiciones necesarias para la ignición de un solo experimento. Los desafíos incluyen la ubicación precisa del objetivo, falta de uniformidad del rayo láser, e inestabilidades que ocurren cuando el objetivo implosiona.

Estos experimentos se realizaron como máximo dos veces al día. Por el contrario, Las estimaciones sugieren que una planta de energía requeriría el equivalente a 10 experimentos por segundo.

Es muy probable que el desarrollo de la energía de fusión se realice mediante el programa internacional convencional, con el experimento ITER en su núcleo. Australia tiene un compromiso internacional con el proyecto ITER en los campos de la teoría y el modelado, desarrollo de la ciencia y la tecnología de los materiales.

Gran parte de esto se basa en la ANU en colaboración con la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear, que es signataria de un convenio de cooperación con el ITER. Dicho eso siempre hay espacio para la innovación inteligente y los nuevos conceptos, y es maravilloso ver todo tipo de inversiones en la ciencia de la fusión.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.