El 13 de diciembre de 2022, el Departamento de Energía de EE. UU. Anunciado que los científicos del Instalación nacional de ignición del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (NIF) había logrado un avance importante en la búsqueda de la energía de fusión. Un equipo del NIF llevó a cabo el primer experimento de fusión controlada que produjo más energía de la fusión que la energía láser utilizada para impulsarla, una condición conocida como ignición.
El equipo enfocó 2,05 megajulios de luz láser en un trozo de combustible del tamaño de un grano de pimienta. Esto provocó una explosión que produjo 3,15 megajulios. Se trata de una pequeña ganancia de energía, pero un gran paso en este campo.
(Crédito: Laboratorio Nacional Lawrence Livermore) El hohlraum que alberga el tipo de objetivo criogénico utilizado para lograr la ignición el 5 de diciembre de 2022, en la Instalación Nacional de Ignición de LLNL.
“Esto demuestra que se puede hacer”, dijo la secretaria de Energía de Estados Unidos, Jennifer Granholm, en una conferencia de prensa. conferencia de prensa anunciando el logro. Granholm añadió que, una vez superado este umbral, los científicos ahora pueden empezar a trabajar en láseres más eficientes, una mejor contención y otros detalles necesarios para llevar esto a escala comercial.
(Crédito: Laboratorio Nacional Lawrence Livermore) Para crear ignición por fusión, la energía láser de la Instalación Nacional de Ignición se convierte en rayos X dentro del hohlraum, que luego comprime una cápsula de combustible hasta que implosiona, creando un plasma de alta temperatura y alta presión.
El presidente Biden dice que quiere ver un reactor de fusión comercial dentro de una década. Llegar allí sigue siendo un desafío, pero el anuncio de hoy hace que parezca mucho más realista que nunca.
Mientras celebramos estos resultados y esperamos más buenas noticias, aquí hay diez cosas que necesita saber sobre la fusión nuclear:
1. ¿Es posible la fusión nuclear?
Las noticias sobre los avances en la energía de fusión han sido esporádicas y a menudo exageradas, lo que ha llevado a algunos a descartar por completo el potencial de la energía de fusión. Sin embargo, los científicos han avanzado constantemente hacia lo que a menudo se llama “el santo grial” de la energía. Como muestra el anuncio de hoy, se están acercando a ese objetivo. Aún quedan algunos obstáculos muy reales, pero la energía de fusión no es ciencia ficción ni una especie de fantasía futurista. Es una tecnología real y, como aprendimos hoy, se puede lograr.
2. ¿Qué es la fusión nuclear?
Fusión nuclear Es un proceso en el que dos núcleos atómicos pequeños se fusionan para crear un núcleo más grande, lo que da como resultado la liberación de una cantidad significativa de energía. Este proceso ocurre en un estado conocido como plasma, caracterizado por altas temperaturas que ayudan a superar las fuerzas repulsivas entre los núcleos. La reacción de fusión, que alimenta al Sol y a otras estrellas, requiere condiciones de temperaturas y presión extremas para permitir que los núcleos colisionen y se combinen.
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3. ¿Quién descubrió la fusión nuclear?
El descubrimiento de la fusión nuclear ocurrieron gradualmente con el tiempo, no todos a la vez. Comenzó a tomar forma en la década de 1920, cuando Arthur Eddington sugirió que las estrellas fusionaran hidrógeno en helio, lo que influyó en la astrofísica futura. Científicos como Atkinson y Houtermans exploraron más a fondo las tasas de fusión de estrellas, mientras que Ernest Rutherford y su alumno Mark Oliphant demostraron la fusión en el laboratorio en 1934. Hans Bethe explicó más tarde este proceso en las estrellas, allanando el camino para el desarrollo de reactores de fusión en la década de 1950.
4. ¿Dónde ocurre la fusión nuclear en el Sol?
La fusión nuclear ocurre en el núcleo del Sol. Aquí es donde pequeñas partículas llamadas protones se unen para formar helio, un proceso que produce el calor y la luz del Sol. Casi toda la energía del Sol proviene de esta fusión que ocurre en su núcleo, y esta energía luego se extiende por el sistema solar.
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5. ¿Es segura la fusión nuclear?
A diferencia de la fisión nuclear, el proceso que impulsa las centrales nucleares actuales, la energía de fusión no plantea riesgos de reacciones en cadena fuera de control ni de fusiones, como el desastre de Chernobyl en 1986. La fusión también produce mucha menos radiactividad y desechos peligrosos y no produce gases de efecto invernadero. El principal subproducto de la fusión es el helio, un gas inerte y no tóxico.
6. ¿Cómo funciona la fusión nuclear?
La ciencia de la energía de fusión está lejos de ser simple, pero se comprende bien. Lo que hace que la energía de fusión sea tan difícil de alcanzar son las dificultades para diseñar un dispositivo que pueda producirla. Construir un reactor de fusión es como crear (y contener) una pequeña estrella en la Tierra. Para lograr las condiciones en las que se creará energía de fusión, los científicos generan plasmas extremadamente calientes: gases ionizados. A estas temperaturas, los iones que normalmente se repelen entre sí chocan entre sí y se fusionan. Cuando esto sucede, se libera energía. Los científicos controlan el plasma monstruosamente caliente mediante láseres o campos magnéticos. Es una hazaña de ingeniería compleja y masiva.
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7. ¿Cuáles son los beneficios de la energía nuclear?
La energía procedente de la fusión nuclear sería segura, limpia, libre de carbono y casi ilimitada. Es difícil exagerar cuánto afectaría esto a todos los aspectos de la vida en la Tierra. Si todo el mundo parece muy entusiasmado con estos avances, es por eso.
8. ¿Cuál es la diferencia entre fisión nuclear y fusión nuclear?
La diferencia entre fisión nuclear y fusión nuclear es que la fisión nuclear divide átomos pesados en otros más pequeños, mientras que la fusión nuclear combina átomos ligeros para formar otros más pesados. Ambos procesos liberan energía porque el nuevo núcleo es más ligero que la suma de los átomos originales.
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9. ¿La fusión nuclear produce residuos radiactivos?
La fusión nuclear, a diferencia de la fisión nuclear, no genera desechos radiactivos peligrosos y duraderos. Lo que sí produce es helio, que es inofensivo, y un poco de tritio, que es ligeramente radiactivo pero seguro en pequeñas cantidades y no dura mucho. La única preocupación es que partes del reactor de fusión puedan volverse un poco radiactivas con el tiempo debido a todos los neutrones que vuelan alrededor, pero los científicos están trabajando en formas de hacer que esto sea un problema menor.
10. ¿Cuándo será viable la fusión nuclear?
De hecho, este es un gran paso, pero aún no hemos llegado a ese punto. Para ser comercialmente viable, una planta de fusión tendría que producir en una décima de segundo la cantidad de energía producida en un día en el NIF. Lo que nos dicen estos últimos resultados es que se puede hacer. Las inversiones de tiempo, dinero y experiencia pueden dar grandes frutos.
“La Academia Nacional dijo el año pasado que deberíamos aspirar a lograr la primera electricidad de fusión entre 2035 y 2040. Creo que es un objetivo difícil pero digno”, dice Steven Cowley, director del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton.
Aunque no sucederá mañana, un futuro impulsado por energía de fusión limpia y segura parece mucho más cercano hoy que ayer.
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Este artículo se publicó originalmente el 13 de diciembre de 2022 y desde entonces ha sido actualizado por el personal de Discover.