Física nuclear

Consiguen por primera vez plasma ardiente mediante la fusión nuclear

Este resultado confirma que se puede obtener energía mediante la fusión nuclear

Consiguen por primera vez plasma ardiente mediante la fusión nuclear
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LLNL/T21

Científicos de Estados Unidos han logrado por primera vez el autocalentamiento de la materia en estado de plasma mediante procesos de fusión nuclear, todo un hito hacia una fuente de energía limpia e ilimitada.

Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), en California (EE. UU.), han obtenido por primera vez un plasma ardiente mediante la fusión nuclear como principal fuente de calor. Los resultados se han publicado en Nature.

En este experimento, la fusión nuclear ha mantenido el combustible de deuterio-tritio en un estado de plasma lo suficientemente ardiente como para permitir más reacciones de fusión, informan los investigadores en un comunicado.

La fusión nuclear es un proceso físico a través del cual se genera la luz y el calor de las estrellas. A diferencia de lo que ocurre en las reacciones de fisión (división de un núcleo en núcleos más livianos) que emplean las centrales nucleares, en las reacciones de fusión se unen dos núcleos ligeros para formar otro más pesado y producir así energía.

El problema de este proceso es que consume mucha más energía de la que obtiene y una forma de resolver esta dificultad es conseguir que la materia se caliente por sí misma en un estado de plasma, mediante la fusión nuclear que genera ese estado de plasma.

Fusión autosuficiente

Los investigadores explican al respecto que obtener un plasma ardiente es un paso crítico hacia la energía de fusión autosuficiente.

Esta autosuficiencia se alcanza porque la necesidad el calentamiento del combustible, necesario para obtener las reacciones de fusión, se consigue a través de estas mismas reacciones nucleares.

En esta investigación, la combustión del plasma se obtuvo utilizando casi 200 rayos láser: calentaron una pequeña cápsula de deuterio-tritio lo suficiente para que alcanzara las temperaturas y presiones necesarias para desencadenar las reacciones de fusión.

El proceso de implosión comprime y calienta el combustible de deuterio-tritio mediante trabajo mecánico, explican al respecto los investigadores.

Hito energético

“Los experimentos de fusión durante décadas han producido reacciones de fusión utilizando grandes cantidades de calor externo para calentar el plasma. Ahora, por primera vez, tenemos un sistema en el que la propia fusión proporciona la mayor parte del calentamiento”, explica uno de los protagonistas de la proeza, Alex Zylstra. Y añade: “este es un hito clave en el camino hacia niveles aún más altos de rendimiento de fusión”.

El resultado supone un hito hacia una fuente de energía limpia e ilimitada, ya que demuestra que se puede generar energía a partir de la fusión. Sin embargo, todavía queda un largo trecho para conseguir esa aspiración final, advierten los investigadores.

Lograr que la fusión nuclear funcione a nivel de esas aplicaciones requiere lograr el equilibrio en la potencia aplicada al combustible: todavía no se ha conseguido superar los mecanismos que hacen que el plasma pierda energía durante el proceso.

Proceso no lineal

La fusión es un proceso altamente no lineal (complejo) y, en este experimento, lo que han conseguido los investigadores es aumentar rápidamente el rendimiento de esta reacción nuclear: han triplicado el resultado obtenido en ensayos anteriores.

Este resultado es más que satisfactorio porque permite nuevos experimentos científicos, tanto en física como en las aplicaciones de almacenamiento, consiguiendo así el mayor rendimiento posible.

Diseñar y realizar estos experimentos fue el trabajo de un gran equipo multidisciplinario, con más de 150 coautores en esta publicación del laboratorio e instituciones asociadas.

Confirmar que los investigadores realmente habían alcanzado el régimen de combustión de plasma requería usar algunas métricas inferidas, donde se usó una combinación de cantidades medidas de varios diagnósticos clave en NIF y modelos para inferir el balance de energía en el combustible de fusión.

Punto caliente

Este trabajo se realizó en gran medida en un grupo de trabajo que analiza el análisis del "punto caliente", con conclusiones validadas por otro grupo de trabajo de científicos en el laboratorio.

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Como reflejo del esfuerzo del equipo, pronto se publicarán documentos adicionales sobre estos experimentos con plasma ardiente.

Referencia

Burning plasma achieved in inertial fusion. A. B. Zylstra et al. Nature volume 601, pages542–548 (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-021-04281-w