Una barrera importante para aprovechar la energía mediante la fusión nuclear es la fuente de combustible.
La mayoría de los reactores de fusión propuestos (los reactores tokamak en forma de rosquilla) funcionan con la fusión de tritio y deuterio.
Ambos son isótopos de hidrógeno, pero el tritio es radiactivo y el deuterio es estable.
La reacción de fusión entre estos dos isótopos produce un núcleo de helio, un neutrón suelto y 17,6 megaelectronvoltios. En lo que respecta a la fusión, esta combinación particular tiene una velocidad de reacción muy alta y un rendimiento energético muy alto.
Desafortunadamente, el tritio es casi inexistente en la Tierra.
El único lugar donde se sabe que ocurre naturalmente es en la atmósfera, donde se produce por interacción con los rayos cósmicos. Incluso entonces, sólo ocurre en pequeñas cantidades.
Sin embargo, si los científicos pueden encontrar una manera eficiente de “generar” tritio, podría convertirse en una fuente de energía más viable.
Ahora, por primera vez, se acaban de utilizar supercomputadoras cuánticas para identificar nueve configuraciones del material utilizado para producir tritio: la última evidencia de que estas simulaciones de alta tecnología podrían ayudar a los físicos a derribar una de las mayores barreras a la fusión.
Los defensores de la energía de fusión dicen que es una fuente de energía “limpia”, ya que no libera emisiones de gases de efecto invernadero como lo hacen los combustibles fósiles y produce muchos menos desechos radiactivos que su contraparte más controvertida, la fisión nuclear.
Pero hasta ahora, la fusión ha tenido dificultades para despegar, y las barreras tecnológicas hasta ahora la limitan a entornos de laboratorio.
frameborder=”0″ enable=”accelerómetro; reproducción automática; escritura en portapapeles; medios cifrados; giroscopio; imagen en imagen; compartir web” referrerpolicy=”origen-estricto-cuando-origen-cruzado” enablefullscreen>No fue hasta finales de 2022 que los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de EE. UU. lograron un “punto de equilibrio” para la fusión, lo que significa que se produjo más energía en una reacción de fusión de la que se necesitaba para iniciarla.
También se han batido recientemente nuevos récords en el mantenimiento del plasma caliente necesario: 1.337 segundos.
Pero si la fusión tiene algún futuro real, los científicos deben resolver el problema del tritio.
Investigadores de la Clínica Cleveland, el Laboratorio Nacional Oak Ridge, el Centro de Investigación IBM TJ Watson y la Universidad Estatal de Michigan han recurrido ahora a la supercomputación.
Específicamente, han empleado una técnica de supercomputación centrada en lo cuántico que la Clínica Cleveland ha estado utilizando para simular configuraciones de proteínas.
“Las computadoras cuánticas… son herramientas clave que aceleran los ciclos de descubrimiento y diseño necesarios para producir suficiente tritio para alimentar los reactores de fusión”, explica el químico computacional del Laboratorio Nacional Oak Ridge, Tom Beck.
Estas poderosas computadoras han creado nueve configuraciones moleculares diferentes de una sustancia llamada FLiBe, una sal fundida hecha de fluoruro de litio y fluoruro de berilio.
FLiBe es un candidato estrella para la producción de tritio: dentro de un reactor de fusión, proporciona la “manta de reproducción” donde se forma el tritio bajo temperaturas extremadamente altas.
Hasta ahora, la investigación se centra más en ver si realmente se puede confiar en las computadoras cuánticas para ayudar a resolver este problema. Los resultados son prometedores, pero eso no significa que los investigadores hayan descifrado todavía la producción real de tritio.
Hasta ahora, los superordenadores sólo hacen simulaciones. Aún tendrán que ser probados en un laboratorio.
Pero el proceso ha permitido a los investigadores tener una mejor idea de la estructura electrónica de FLiBe, el comportamiento atómico y la fuerza de los enlaces moleculares dentro del tritio que podrían surgir de cada configuración.
Esto significa que los científicos de la fusión pueden utilizar este flujo de trabajo para identificar configuraciones que vale la pena investigar antes de probarlas en la vida real, evitando perder tiempo en experimentos difíciles y costosos que no conducen a ninguna parte.
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“Estos resultados se suman a la creciente evidencia de que la supercomputación cuántica es ahora una herramienta científica práctica para problemas que han desafiado durante mucho tiempo a químicos, ingenieros y científicos de materiales”, dice Jerry Chow, investigador de computación cuántica experimental en IBM.
“A medida que las computadoras cuánticas crecen, el camino a seguir es prometedor”.
Una preimpresión de la investigación está disponible en arXiv.
Este artículo fue verificado por Rebecca Dyer y editado por Peter Dockrill. Si bien nos enorgullecemos de nuestro proceso, somos humanos. Si detecta un error, háganoslo saber.