Investigadores demuestran que la fusión nuclear es posible en un potencial dispositivo doméstico

Si hablamos de la tecnología necesaria para generar energía con la potencia del Sol, es decir, la fusión nuclear, actualmente hay solo dos proyectos en carrera.

Uno de ellos, que en los años anteriores apenas lograba salir de sus ensayos iniciales, ahora ha superado un serio obstáculo y, aunque aún tiene un largo camino que recorrer, vale la pena, en vista de su potencial costo y versatilidad. Se trata de un dispositivo del tamaño de una mesa.

Investigadores de la Universidad de Washington, en Estados Unidos, han buscado una manera de superar las deficiencias de otros métodos y presentaron su trabajo en la revista Physical Review Letters.

La fusión nuclear se basa en nubes de partículas cargadas de las que se puede exprimir, literalmente, la luz del día. A grandes rasgos, es la misma reacción que alimenta a esa gran bola de gas caliente que llamamos sol.

Pero contener una mezcla vibrante de iones super calientes es extremadamente complicado. En el laboratorio, los científicos usan campos magnéticos intensos para esta tarea. Los tokamaks como el ‘Tokamak Superconductor Experimental Avanzado’ de China, hacen girar su plasma caliente de tal manera que genera sus propios campos magnéticos internos, ayudando a contener el flujo.

Este enfoque hace que la cocción por plasma sea suficiente para liberar una cantidad crítica de energía. Pero lo que este método gana en la generación de calor, lo pierde en la estabilidad a largo plazo.

Por otro lado, los stellarators, como el alemán Wendelstein 7-X, confían más en los bancos de campos magnéticos aplicados externamente. Si bien esto permite un mejor control sobre el plasma, también hace más difícil alcanzar las temperaturas necesarias para que se produzca la fusión.

Ambos están avanzando seriamente hacia el poder de fusión. Pero los donas que sostienen el plasma tienen varios metros de ancho y están rodeados por intrincados y delicados dispositivos electrónicos, por lo tanto es poco probable que en un futuro cercano los veamos reducirse a una versión doméstica o móvil.

Al principio de la investigación en fusión nuclear, un método más simple para exprimir un chorro de plasma era «pellizcarlo» a través de un campo magnético.

Un dispositivo relativamente pequeño, conocido como zeta pinch o Z-pinch, utiliza la orientación específica del campo magnético interno de un plasma, para aplicar lo que se conoce como la fuerza de Lorentz al flujo de partículas, forzando efectivamente sus partículas a través de un cuello de botella.

Sistema de Z-pinch a escala de laboratorio. Muestra el brillo del plasma de hidrógeno expandido. Corrientes de Pinch y de ionización fluyen a través del gas y retornan por las barras que rodean al contenedor de plasma. Imagen: Wikimedia Commons.

En cierto sentido, el dispositivo es como una versión en miniatura de su hermano mayor, el tokamak. Como tal, también tiene problemas de estabilidad similares que pueden hacer que su plasma salte de las pistas magnéticas y se estrelle contra los lados de su contenedor.

De hecho, fue el trabajo reiterado con el Z-pinch lo que condujo a la tecnología de tokamak que lo reemplazó. Dada esta gran limitación, el zeta pinch se ha convertido casi en una reliquia de la historia.

Pero en la esperanza de encontrar una manera de generar energía sin complicados bancos de maquinaria, los investigadores de la Universidad de Washington han dado con un enfoque alternativo para estabilizar el plasma en un zeta pinch y generar una explosión de fusión.

Para evitar las distorsiones en el plasma, que lo hacen escapar de su confinamiento magnético, el equipo administra el flujo de las partículas aplicando un poco de dinámica de fluidos.

Previamente se ha estudiado la introducción de lo que se conoce como ‘flujo axial cizallado’ en una columna corta de plasma, como una forma potencial de mejorar la estabilidad en un zeta pinch, con un efecto bastante limitado.

Para no desalentarse, los físicos se basaron en simulaciones por computadora para demostrar que el concepto era posible.

Usando una mezcla de 20% de deuterio y 80% de hidrógeno, el equipo logró mantener estable una columna de plasma de 50 centímetros de longitud, suficiente para lograr la fusión, que se evidenció por la firma generada por la emisión de neutrones.

Solo se trata de 5 microsegundos de neutrones. Eso significa que todavía faltaría mucho tiempo y desarrollo para que cada hogar o comunidad tenga su propio generador de energía por fusión nuclear. Pero la estabilidad lograda fue 5.000 veces más prolongada de lo que cabría esperar sin este método, lo que demuestra que el principio ya está maduro para un estudio más a fondo.

Generar energía de fusión, que es limpia y abundante, todavía es un sueño para la humanidad. Por eso, un nuevo enfoque para una forma menos compleja de tecnología de plasma, al menos podría ayudar a eliminar algunos obstáculos y, en el mejor de las casos, podría concretarse como una fuente más barata y compacta de energía limpia.

La carrera hacia la producción ilimitada de la energía más limpia está recién comenzando y sería perfecto que llegásemos pronto a esa meta.

Fuente: Science Alert