‘Plasma ardiente’ – Energía limpia e ilimitada por fusión nuclear
La creación de un ‘plasma ardiente’ es un claro hito en el camino para demostrar que se puede generar energía a partir de la fusión
En el camino hacia una fuente de energía limpia e ilimitada, científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de EE UU han logrado un paso clave: el ‘autocalentamiento’ de la materia en estado de plasma mediante procesos de fusión nuclear.
La fusión nuclear
La fusión nuclear genera la luz y el calor de las estrellas, y en la Tierra también podría ser nuestra fuente de energía sostenible en el futuro.
A diferencia de lo que ocurre en las reacciones de fisión de las centrales nucleares actuales, donde un núcleo atómico se divide en dos más ligeros, en las de fusión se unen dos núcleos ligeros (generalmente deuterio y tritio, dos isótopos del hidrogeno) para formar otro más pesado y producir energía.
Pero recrear este proceso en el laboratorio resulta todo un reto, ya que se consume mucha más energía de la que se obtiene, y hay que ir superando varios pasos críticos.
Uno de ellos es lograr el autocalentamiento de la materia en un estado de plasma (no es ni sólido, ni líquido ni gas) mediante la fusión nuclear, y esta semana investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), en California (EE UU), informan de que lo han conseguido.
Un ‘plasma ardiente’
Según el estudio que publican en la revista Nature*, han obtenido un ‘plasma ardiente’, en el que la fusión nuclear es la principal fuente de calor para mantener el combustible de deuterio-tritio en un estado de plasma lo suficientemente caliente como para permitir más reacciones de fusión.
“Por primera vez en una instalación de investigación de fusión, el combustible se ha autocalentado en su mayor parte”, declara a SINC (Servicio de Información y Noticias Científicas) uno de los autores, el físico Chris Young, que explica:
“Para que se produzcan las reacciones de fusión es necesario calentar mucho el combustible con algún tipo de fuente de calor externa, pero en un plasma ardiente (cuyo núcleo está a unos 58 millones de grados Celsius) son las propias reacciones de fusión las que calientan el plasma más que ese calentamiento externo”.
“Por tanto, la creación de un ‘plasma ardiente’ es un claro hito en el camino para demostrar que se puede generar energía a partir de la fusión, lo que sería relevante para la producción de electricidad”, subraya Young.
El procedimiento empleado
La combustión del plasma se ha realizado en la instalación National Ignition Facility (NIF) del laboratorio californiano utilizando 192 rayos láser, con los que se ha calentado y comprimido rápidamente una cápsula que contenía 200 microgramos de combustible termonuclear de deuterio-tritio, alcanzando temperaturas y presiones lo suficientemente altas como para desencadenar las reacciones de fusión del autocalentamiento.
El procedimiento empleado ha sido la fusión por confinamiento inercial (ICF, por sus siglas en inglés), “donde se utiliza la ‘inercia’ de una cáscara de material que implosiona mediante los láseres, para así confinar y calentar el combustible de fusión en su interior”, apunta el físico.
También confirma que el proceso dura muy poco: “En la fusión por confinamiento inercial, el plasma arde hasta un par de cientos de picosegundos (billonésima parte de un segundo, 10-12 segundos)”. […]
El rendimiento generado en estos experimentos, donde se ha alcanzado un valor máximo de hasta 170 kilojulios de energía, triplica el obtenido en ensayos anteriores.
Los autores consideran que esto supone un hito en fusión nuclear, pero reconocen que queda un largo camino por delante hasta que se consiga producir electricidad a escala comercial mediante este procedimiento. […]
Futuro plasma ardiente en el ITER
El físico aclara que el concepto de ‘plasma ardiente’ es aplicable a todos los enfoques de fusión nuclear, aunque el modo de llegar a él pueda ser por vías muy diferentes.
En su caso, han utilizado el confinamiento inercial con láseres, pero también existe la opción de la energía de fusión magnética (MFE), donde se utilizan campos electromagnéticos para confinar y calentar el plasma.
Este último enfoque es el que se sigue en el ITER, la enorme instalación experimental que se está construyendo, de forma lenta pero segura, en el sur de Francia.
Su objetivo también es demostrar que la fusión nuclear puede ayudar a resolver el problema energético en la Tierra, y para ello sus promotores generarán un plasma que circulará a 150 millones de grados centígrados, enjaulado dentro de una gran cámara de vacío con forma de dónut mediante potentísimos campos magnéticos.
Electricidad por procesos de fusión
ITER (que significa ‘camino’ en latín) será un proyecto experimental y no volcará energía a la red eléctrica, pero sí lo hará su sucesor: DEMO, un reactor de demostración que permita producir electricidad a partir de procesos de fusión.
En ambos casos los componentes del plasma serán también el deuterio y el tritio, que reaccionarán para generar helio y neutrones. Éstos son los que transferirán su energía para la generación eléctrica.
Pero para que esto sea posible y rentable es necesario desarrollar materiales capaces de resistir los neutrones de alta energía y el elevado flujo de calor.
El proyecto con el que se va a abordar este reto es IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility).
Su misión será generar una base de datos de materiales irradiados que sirvan para el reactor DEMO desarrollando varias fases, y una de ellas incluye una instalación en España: IFMIF-DONES.
IFMIF-DONES
“En esta instalación se recrearán las condiciones de irradiación por neutrones que se producirán tras las reacciones de fusión, con el objetivo de validar los materiales que se encuentren cerca de ella.
Ya sea en un reactor de fusión como ITER o DEMO o en instalaciones similares a NIF (National Ignition Facility), ya que el problema es similar para los distintos procedimientos”, comenta a SINC José Aguilar, coordinador de la Oficina Técnica de IFMIF-DONES.
Aguilar recuerda que en 2017 la Unión Europea decidió que la ubicación de IFMIF-DONES en territorio europeo se llevaría a cabo en Escúzar (Granada), “y actualmente estamos realizando trabajos de ingeniería para prepararnos para el inicio de la fase de construcción, tan solo a falta de la confirmación oficial a nivel europeo en los próximos meses”. […]
Enrique Sacristán
Periodista y biólogo, en SINC es el redactor de las ciencias ‘duras’: matemáticas, física y química.
Publicado por la Agencia SINC (Servicio de Información y Noticias Científicas)
04-01-2022
Derechos: Creative Commons
Origen de la imagen:
Wikipedia: Un trabajador dentro de la cámara de combustión del NIF.
Ver:
> Robots persuasivos – Modificando el comportamiento humano
> Cuarentena y aislamiento – España los reducirá a siete días
> Teresa Rodrigo Anoro y el descubrimiento del Bosón de Higgs
> Congreso #BioComunica20 – Ética, ciencia y comunicación
> ‘Cuántica’ – Suma de la creatividad artística y la ciencia
> La astrofísica Licia Verde – Premio Nacional de Investigación
> Robótica asistencial – Roboética – Carme Torras
> Carme Torras – La científica Premio Nacional de Investigación 2020
> Cambio climático – Anny Cazenave, John Church y Jonathan Gregory
> Ada Lovelace y otras mujeres pioneras en programación
> Katie Bouman – La primera fotografía de un agujero negro
> Karen Uhlenbeck – Científica – Premio Abel 2019
> Margaret H. Hamilton – Primera ingeniera de software
______
*Alex B. Zylstra, C. V. Young et al. “Burning plasma achieved in inertial fusión”. Nature,
1 – 30-01-2022