Científicos de la Universidad de Rochester (EE.UU.) han ideado un nuevo método que facilita la creación de pastillas de combustible para reactores de fusión nuclear. De esta forma, se podría contribuir a la producción masiva de energía a partir de la fusión nuclear, sacándola del laboratorio y llevándola al mundo real.
La fusión nuclear es admirada desde hace tiempo como una forma limpia y segura de satisfacer nuestras necesidades energéticas. Los científicos han estado experimentando con múltiples estrategias para conseguirlo y, en diciembre de 2022, desencadenaron la primera reacción de ignición de fusión utilizando láseres de 192 de alta energía.
Aunque estos pueden considerarse hitos significativos, todavía tenemos que averiguar cómo podría funcionar esta tecnología a escala y a nivel comercial. Un obstáculo importante en esta dirección es cómo se prepara el combustible de fusión nuclear.
Para crear combustible para reactores de fusión, se congelan isótopos de hidrógeno, concretamente deuterio y tritio, en una envoltura esférica sólida. Como los isótopos son gaseosos en su estado nativo, los científicos utilizan temperaturas extremadamente bajas para llevarlos a un estado sólido en el que puedan ser estratificados.
A continuación, la concha se bombardea con láseres para someterla a temperaturas y presiones extremadamente altas, tras lo cual se colapsa y luego se enciende para experimentar la fusión.
Aunque este método puede liberar enormes cantidades de energía, una central eléctrica basada en la fusión necesitaría millones de estas conchas cada día para suministrar energía de forma fiable. El método de la concha congelada es demasiado caro y económicamente inviable.
Los investigadores Igor Igumenshchev y Valeri Goncharov del Laboratory for Laser Energetics (LLE) de la Universidad de Rochester han demostrado un método radicalmente distinto que podría permitir a las centrales de fusión nuclear fabricar sus pastillas de combustible.
Se trata de la formación dinámica de conchas, que utiliza gotitas líquidas para crear objetivos a los que los láseres apunten y provoquen la ignición. El concepto fue descrito por primera vez por Goncharov, científico distinguido y profesor adjunto del Departamento de Ingeniería Mecánica de Rochester, en 2020. Sin embargo, no se había demostrado ni siquiera en el laboratorio.
En el método de formación dinámica de conchas, se inyecta una gota líquida de deuterio y tritio en una cápsula de espuma. A continuación, se aplican rayos láser a la pastilla, que se convierte en un cascarón esférico. Posteriormente, dicha estructura implosiona y se colapsa, provocando la ignición.
Dado que la formación dinámica de la concha no requiere la estratificación criogénica de isótopos de hidrógeno, es relativamente más barata de ejecutar y también puede escalarse.
Los investigadores utilizaron el láser OMEGA del LLE para demostrar experimentalmente que era posible. Sin embargo, para su demostración utilizaron una esfera de espuma de plástico con la misma densidad que un combustible líquido de deuterio-tritio en lugar de isótopos de hidrógeno.
Los láseres requeridos necesitarían pulsos más largos y de mayor energía para encender la concha dinámica en una reacción de fusión. No obstante, los experimentos demuestran que la formación de conchas activas es factible en la práctica.
«Este experimento ha demostrado la viabilidad de un innovador concepto de objetivo adecuado para la producción en masa y asequible de energía de fusión inercial», declaró Igumenshchev, científico principal del LLE, en el comunicado de prensa.
