NeoFronteras

Nuevo sistema de fusión

Área: Física — domingo, 5 de octubre de 2014

Consiguen reacciones de fusión con un sistema de confinamiento inercial por láser ayudado por un intenso campo magnético.

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Cada veinte años se nos dice que se obtendrá la fusión nuclear controlada en 20 años. La realidad es que la meta de esta energía inagotable y supuestamente limpia es mucho más difícil de lo que se imaginaba.
Como ya todos sabemos, la fusión nuclear no es más que lo que hace el Sol (o las estrellas) en su núcleo, en donde la alta temperatura y presión consiguen que los núcleos de hidrógeno venzan la fuerza repulsiva electrostática mutua y se junten para producir helio y gran cantidad de energía. Así que basta acumular materia hasta cantidades siderales para que la fusión nuclear sea espontánea y se produzca lentamente. El ser humano sólo ha conseguido la fusión nuclear de manera descontrolada cebando una bomba H con una bomba nuclear de fisión.
Para imitar las condiciones del interior del Sol de manera controlada los humanos han usado hasta ahora dos vías o aproximaciones: fusión por confinamiento magnético y fusión por confinamiento inercial.
En el primer método se encierra un plasma dentro de un campo magnético y se calienta este hasta que se dan las reacciones de fusión. En el segundo se bombardea una bolita con el material fusionable, que hace de blanco, con láseres muy potentes para que así hacer se alcance una densidad y temperatura tal que dé la fusión. Aunque se ha conseguido la fusión por confinamiento magnético de algunos átomos de hidrógeno, la energía metida en el sistema ha sido superior a la energía obtenida por las reacciones de fusión. En el caso del sistema inercial se han alcanzado los 100 millones de grados centígrados sin que se produzca la ansiada fusión de manera efectiva, aunque también se den algunas reacciones de fusión.
Para ponerlo más fácil, el hidrógeno que se emplea está en sus variedades isotópicas más pesadas: deuterio y tritio. De este modo, no hay que esperar un tiempo prolongado para que la fuerza nuclear débil medie y transforme protones en neutrones, algo que sí pasa en las estrellas y por eso estas no explotan súbitamente al poco de formarse.
A no ser que ese use helio-3 en la mezcla de isótopos a fusionar, la reacción nuclear subsiguiente producirá neutrones y energía. Los neutrones se pueden usar para transferir parte de su energía y para producir nuevos isótopos fusionables (el tritio hay que sintetizarlo).
El obvio fracaso en la obtención de la fusión controlada ha hecho que se abran nuevas vías de investigación. Ahora, Matthew Gomez y sus colaboradores del Sandia National Laboratories han conseguido dar un nuevo paso mediante la hibridación de los sistemas de confinamiento magnético e inercial. Al nuevo sistema se le denomina fusión inercial lineal imanada (magnetized linear inertial fusion o MagLIF).
Aplican un pulso magnético con la máquina-Z (Pulsed Power Facility) y, a la vez, iluminan brevemente con haces láser el material fusionable. Con esto han logrado un temperatura de 35 millones de grados centígrados y reacciones de fusión nuclear. Estas reacciones se han evidenciado en la forma de un flujo de neutrones.
En este caso se usa el campo magnético pulsado para retener calor y partículas del material fusionable que se trata de confinar inercialmente. Como no se puede crear un campo magnético esférico, pues requeriría un conductor que pasara por el blanco, se ha recurrido a un campo axial. La duración del mismo es de sólo unas milésimas de segundo.
El blanco tiene forma cilíndrica y se compone de un envase de berilio de 7,5 mm por 5 mm de tamaño relleno de deuterio. Unas bobinas crean un campo magnético de 10 Tesla durante unas milésimas de segundo de duración. Entonces una maquina-Z produce una corriente de 100 ns de duración capaz de inducir un campo de 5000 Tesla (para el que no lo sepan, la unidad de intensidad del campo magnético en el sistema internacional es el Tesla y es una unidad muy grande). Justo en ese momento se disparan los láseres sobre el blanco que ya está precalentado.
En los experimentos se logró un flujo de 1012 neutrones, lo que equivale a una energía de 1 julio. Una mezcla de deuterio-tritio produciría unos 300 julios de energía. Obviamente la energía obtenida es muy baja, pero la idea es probar el concepto y ver si funciona. El sistema está aún en mantillas.
Los investigadores calculan que si la máquina-Z opera a máxima potencia y se usa una mezcla de deuterio y tritio se liberaría la misma energía que la energía gastada en el proceso: unos 100.000 julios. Pero la construcción de un sistema demostración de ignición requeriría multiplicar por 3000 esa energía obtenida y su costo sería de mil millones de dólares. Algo que es difícil vender a la clase política en este momento.
Pero el gobierno de EEUU parece que está dando pasos para que se financie la investigación en sistemas de fusión nuclear. Ha lanzado un programa dotado de 30 millones de dólares para ello. La fecha límite para la admisión de propuestas es el 14 de octubre. Quizás salga algo nuevo de estos proyectos y dentro de 20 años tengamos la fusión nuclear controlada o, en su defecto, la piedra filosofal.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Foto: Randy Montoya

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2 Comentarios

  1. lluís:

    ¿ No se puede crear un campo magnético esférico, en general? ó ¿sólo se refiere a este caso concreto?. Lo digo porque las líneas de campo magnético al no tener principio ni fin sino que se cierran sobre ellas mismas, pues no parecería imposible crear un campo magnético esférico.

  2. NeoFronteras:

    No se puede crear un campo magnético esférico perfecto, pero se pueden montar aproximaciones. Es una cuestión geométrica de las leyes de Maxwell, aunque todo depende de a lo que llamemos “esférico”.

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