Por primera vez en la Tierra, una reacción de fusión controlada ha generado más energía de la que requiere para funcionar, según confirmaron los investigadores. El experimento es un paso importante hacia la energía de fusión comercial, pero los expertos dicen que todavía se necesita un gran esfuerzo de ingeniería para aumentar la eficiencia y reducir los costos.
Los rumores sobre el experimento en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) en California surgieron el 11 de diciembre, pero la noticia se ha anunciado formalmente en una conferencia de prensa hoy. En un experimento realizado el 5 de diciembre, el reactor de fusión de la Instalación Nacional de Ignición (NIF) del laboratorio generó una potencia de salida de 3,15 megajulios a partir de una potencia de salida láser de 2,05 megajulios, una ganancia de alrededor del 150 por ciento. Sin embargo, esto es superado con creces por los aproximadamente 300 megajulios extraídos de la red eléctrica para alimentar los láseres en primer lugar.
Hay dos enfoques principales de investigación que apuntan a lograr una fusión nuclear viable. Uno usa campos magnéticos para contener un plasma, mientras que el otro usa láseres. NIF utiliza el segundo enfoque, conocido como fusión por confinamiento inercial (ICF), donde una pequeña cápsula que contiene combustible de hidrógeno se dispara con láseres, lo que hace que se caliente y se expanda rápidamente.
Esto crea una reacción igual y opuesta hacia el interior, comprimiendo el combustible. Los núcleos de los átomos de hidrógeno luego se fusionan para formar elementos más pesados y parte de su masa se libera como energía, tal como ocurre en el sol.
Hasta ahora, todos los experimentos de fusión han requerido más entrada de energía de la que generan. El récord anterior de NIF, confirmado en agosto de este año, produjo una salida equivalente al 72 por ciento de la entrada de energía de sus láseres. El anuncio de hoy confirma que los investigadores no solo han alcanzado el punto de equilibrio crucial, sino que lo han superado, aunque ignora la energía necesaria para alimentar los láseres. Durante la conferencia de prensa, Jean-Michel Di-Nicola de LLNL mencionó que en la potencia máxima -NIF solo logra durante unas pocas mil millonésimas de segundo-, los láseres consumen 500 billones de vatios, que es más potencia que la salida de toda la red nacional de EE. UU.
El director de políticas de la Oficina de Ciencia y Tecnología de la Casa Blanca, Arati Prabhakar, dijo que alcanzar el hito fue un «tremendo ejemplo de lo que se puede lograr con la perseverancia» y que los resultados acercan un paso más la energía de fusión viable.
“No solo tomó una generación, sino generaciones de personas que persiguieron este objetivo. Esta dualidad de avanzar en la investigación y construir sistemas de ingeniería complejos, aprendiendo uno del otro: así es como hacemos cosas realmente grandes y difíciles, por lo que este es solo un hermoso ejemplo”, celebró.
«Alcanzar el hito fue un tremendo ejemplo de lo que se puede lograr con la perseverancia y los resultados acercan un paso más la energía de fusión viable». Arati Prabhakar.
Jeremy Chittenden del Imperial College London afirma que el experimento es un momento histórico para la investigación de la fusión. “Es el hito que todos en la comunidad de fusión se han esforzado por lograr durante 70 años”, y agrega: “Es una gran reivindicación del enfoque que hemos estado intentando, para ICF, durante casi 50 años. Es muy significativo”.
La mayor parte de la inversión en fusión es al enfoque alternativo del confinamiento magnético, en particular, en un diseño de reactor llamado Tokamak. El reactor Joint European Torus (JET) cerca de Oxford, Reino Unido, comenzó a operar en 1983. Cuando está en funcionamiento, es el punto más caliente del sistema solar, alcanzando los 150 millones de °C (270 millones de °F). A principios de este año, JET sostuvo una reacción durante 5 segundos, produciendo un récord de 59 megajulios de energía térmica .
Un reemplazo más grande y más moderno, el Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER) en Francia, está a punto de completarse y sus primeros experimentos comenzarán en 2025. Otro reactor que utiliza el mismo diseño, el dispositivo de Investigación Avanzada Tokamak Superconductor de Corea (KSTAR), recientemente logró mantener una reacción durante 30 segundos a temperaturas superiores a los 100 millones de °C.
La directora de LLNL, Kim Budil, en la conferencia de prensa aseveró que la demora entre el experimento y el anuncio se debió a que un equipo de expertos externos debía revisar los datos y que, ahora que se ha confirmado, «es probable que se pueda construir una planta de energía basada en láser dentro de ´unas pocas décadas`, pero que la tecnología para los reactores Tokamak está más madura».
“Hay obstáculos muy importantes, no solo en la ciencia, sino también en la tecnología”, continuó la directora. “Esta es una cápsula de encendido, una vez, y para realizar energía de fusión comercial, tienes que hacer muchas cosas; tienes que ser capaz de producir muchos, muchos encendidos de fusión por minuto, y tienes que tener un sistema robusto de controladores [láser] para permitir eso”.
«Ahora que se ha confirmado, es probable que se pueda construir una planta de energía basada en láser dentro de unas pocas décadas, pero la tecnología para los reactores Tokamak está más madura». Kim Budil
Actualmente, NIF se puede ejecutar durante un período extremadamente corto, luego tiene que pasar varias horas enfriando sus componentes antes de que se pueda encender una vez más.
Por su parte, Jeremy Chittenden del Imperial College London declaró: «Los enfoques que están probando las nuevas empresas comerciales pueden resultar una mejor manera de avanzar. Si nos limitamos a tratar de hacer esto a través de proyectos a gran escala, que requieren miles de millones de dólares para construir y decenas de años para desarrollar, bien podría ser que la fusión surja demasiado tarde para tener un impacto en el cambio climático”. Sostuvo además: “Lo que creo que realmente debemos hacer es concentrarnos en aumentar la diversidad de enfoques para que podamos tratar de encontrar algo que tenga un menor costo de impacto y un tiempo de respuesta más rápido, de modo que podamos obtener soluciones en 10 o 15 en años».
Además de proporcionar datos invaluables para los ingenieros que trabajan en diseños prácticos de reactores, Chittenden entiende que los resultados de NIF podrían conducir a otros avances en física, ya que las reacciones parecen aún más intensas y rápidas que las de nuestro sol, y más parecidas a las que ocurren en una supernova. “Estamos en presiones, densidades y temperaturas extremas a las que nunca antes habíamos podido acceder en el laboratorio”, explica. “Son procesos que nos permiten estudiar lo que sucede en los estados más extremos de la materia del universo”.
Gianluca Sarri, de la Queen’s University Belfast, confía en que los hallazgos permitirán a todos los investigadores de la fusión seguir adelante, con la certeza de que es posible extraer energía con este procedimiento.
“Ahora es solo, y digo ‘solo’ entre comillas, una cuestión de refinamiento y ajustes técnicos. No va a pasar mañana, obviamente, porque hay problemas técnicos. Todavía estamos lejos de un reactor. Pero estamos en el camino correcto”, sostuvo y cerró: “En términos de energía limpia, esta [investigación de fusión] es definitivamente la ruta más ambiciosa. Eventualmente será la que más cantidad de energía pueda desbloquear y es potencialmente ilimitada”.
La intuición de Sarri es que los primeros reactores en funcionamiento serán dispositivos Tokamak, pero que la investigación de ICF todavía tiene un papel vital que desempeñar. “Ambas rutas deben seguir adelante, porque se informan entre sí. Hay mucho intercambio y colaboración entre los dos esquemas. La forma en que funcionan es, en concepto, similar”, concluye.
Matthew Sparkes es redactor de New Scientist
