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El láser más grande del mundo se enciende
El sistema láser más energético del mundo, diseñado para producir fusión nuclear, la misma reacción que impulsa al sol, está en funcionamiento. Dentro de dos o tres años, los científicos esperan crear reacciones de fusión que liberen más energía de la necesaria para producirlas. Si tienen éxito, será la primera vez que esto se haga de manera controlada, es decir, en un laboratorio en lugar de en una bomba nuclear, y eventualmente podría conducir a plantas de energía de fusión.
Fusion central: 192 láseres se dispararán a través de las aberturas de esta cámara esférica, enfocando cerca de la punta del cono que se proyecta desde la derecha. Un trabajador en un módulo de servicio se puede ver a la izquierda.
El Instalación Nacional de Ignición (NIF), en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) del Departamento de Energía de EE. UU., Comprende 192 láseres que se disparan simultáneamente exactamente en el mismo punto en el espacio: una esfera de combustible de dos milímetros de diámetro. Están diseñados para entregar 1,8 megajulios de energía en unas mil millonésimas de segundo. Eso es suficiente para comprimir el combustible a una mota de 50 micrómetros de ancho y calentarlo hasta tres millones de grados Celsius. Los láseres, que se dispararon juntos por primera vez el mes pasado, hasta ahora han producido pulsos de 1,1 megajulios.
Dependiendo de cómo lo cuente, es entre 60 y 100 veces más energético que cualquier sistema láser que se haya construido, dice Edward Moisés , director asociado principal de NIF y Photon Science en LLNL. Eventualmente, se espera que las reacciones de fusión producidas por cada pulso generen al menos 10 veces la energía entregada por los láseres, una ganancia neta significativa que podría ser útil para generar energía.
La instalación de $ 3.5 mil millones, que ha estado en desarrollo durante 15 años, se financió principalmente como una forma de comprender mejor las armas nucleares, después de la prohibición de las pruebas en la década de 1990. NIF producirá diminutas explosiones termonucleares que darán a los científicos una idea de lo que sucede cuando estalla una bomba nuclear. A su vez, esos datos pueden usarse para verificar simulaciones por computadora que ayudan a determinar si el arsenal nuclear de los Estados Unidos continuará funcionando a medida que envejecen las armas. Los datos también podrían proporcionar información sobre los procesos que impulsan el sol y otras estrellas, y responder a otras preguntas científicas. Finalmente, NIF podría servir como diseño de prueba de concepto para una planta de energía de fusión.
Para generar la fusión, se generan 192 rayos láser, se amplifican, se convierten de luz infrarroja a ultravioleta y luego se apuntan a un pequeño bote de oro del tamaño de un borrador de lápiz. Dentro de ese bote hay una esfera que contiene el combustible: dos isótopos de hidrógeno llamados deuterio y tritio. Los láseres se colocan alrededor de la esfera para crear las temperaturas y presiones necesarias para iniciar una reacción de fusión. Si todo sale según lo planeado, algunos de los átomos de hidrógeno deberían fusionarse, produciendo helio y liberando energía. Esto, a su vez, debería provocar más reacciones de fusión hasta que se acabe el combustible. Todo el proceso tomará solo unas mil millonésimas de segundo.
Vidrio innovador: El vidrio necesario para los amplificadores del láser se fabricó utilizando técnicas desarrolladas específicamente para la Instalación Nacional de Ignición. A continuación se muestran ejemplos de vidrio de fosfato dopado con neodimio fundido y cortado en bruto.
Los investigadores han creado la fusión en el laboratorio antes, pero sus experimentos requirieron más energía de la que produjeron. Por ejemplo, un sistema en los Laboratorios Nacionales Sandia del Departamento de Energía, llamado máquina Z, usa electricidad en lugar de láseres para comprimir isótopos de hidrógeno y producir fusión. Se necesitaría una versión significativamente más grande de la máquina Z para generar más energía de la que usa. Moses dice que el NIF podría alcanzar la ganancia de fusión en solo dos o tres años, mucho antes del proyecto de fusión ITER más famoso en Cadarache, Francia, que probablemente no estará operativo hasta 2018. Este ha sido un gran desafío durante mucho tiempo. , entonces la arrogancia es lo peor, dice Moisés. Pero creemos que vemos nuestro camino a través de él. Cuando tengamos una [fusión] en 2010 o 2011, estaremos en un lugar muy emocionante. Creo que el mundo se despertará ante las posibilidades.
Moisés se refiere principalmente a las posibilidades que ofrece una planta de energía de fusión. La fusión no presenta ningún peligro de proliferación nuclear, produce pocos desechos y utiliza abundantes fuentes de combustible, por lo que podría proporcionar mucha energía limpia durante muchos miles de años. Algunos dicen que el combustible, el hidrógeno, es prácticamente ilimitado, aunque los reactores propuestos utilizarán tritio, un isótopo de hidrógeno hecho de litio, que es más escaso.
La instalación actual no está construida para generar electricidad. Pero Moses dice que con la financiación adecuada, una planta de energía que utilice la fusión de un sistema como el del NIF podría estar funcionando en una década. Por el contrario, las centrales eléctricas basadas en la máquina Z en Sandia o el sistema ITER en Francia están a décadas de distancia.
Otros expertos, sin embargo, son más escépticos. Si el NIF tiene éxito, todavía estarán muy lejos de convertirlo en una fuente de energía práctica, dice Ian Hutchinson , profesor y director de ciencia e ingeniería nucleares en el MIT. Por ejemplo, dice, una planta de energía requeriría que los láseres se dispararan con mucha más frecuencia que los láseres NIF: de 5 a 10 veces por segundo, en lugar de una vez cada dos días, como es posible ahora. (Cada explosión liberaría energía equivalente a unos cinco kilovatios-hora de electricidad: en comparación, una planta de energía nuclear promedio genera 12,4 mil millones de kilovatios-hora al año, mientras que una casa promedio requiere alrededor de 1,000 kilovatios-hora al mes).
Por el contrario, el ITER utilizará el confinamiento magnético de plasma caliente para producir fusión, un sistema que produce un flujo continuo de energía que podría ser más adecuado para generar electricidad que las ráfagas de energía muy cortas producidas por NIF, dice.
Ya sea que conduzca o no a plantas de energía de fusión, el NIF es significativo, dice Stewart Prager , director del Laboratorio de Física del Plasma del Departamento de Energía de la Universidad de Princeton. La ciencia que hará posible no se puede hacer en otro lugar, dice.