Si son exitosos, será la primera vez que esto se haya hecho de forma controlada - en un laboratorio en lugar de una bomba nuclear, digamos - y que podría conducir finalmente a las centrales de energía de fusión.
El Complejo Nacional de Ignición (NIF), en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) del Departamento de Energía de Estados Unidos, se compone de 192 rayos láser que se encienden al mismo tiempo, precisamente hacia el mismo punto en el espacio: una esfera de combustible de dos milímetros de diámetro. Están diseñados para emitir 1,8 megajoules de energía en unos pocos miles de millonésima de un segundo. Eso es lo suficiente para comprimir el combustible a una mota de 50 micrómetros de ancho y calentarla hasta tres millones de grados centígrados. Los láseres, que se encendieron juntos por primera vez el mes pasado, hasta la fecha han producido pulsos de 1,1 megajoules.
"Dependiendo de cómo lo cuentes, es entre 60 y 100 veces más energético que cualquier otro sistema de láser jamás construido", según Edward Moses, el director asociado principal para el NIF y Photon Science en el LLNL. Eventualmente, se espera que las reacciones de fusión producidas generen por lo menos 10 veces la energía suministrada por los láseres, un beneficio neto importante que podría ser útil para generar energía.
El complejo de U$D 3,5 mil millones, que ha estado en desarrollo durante 15 años, fue financiado principalmente como una forma de comprender mejor las armas nucleares, después de una prohibición a los ensayos en la década del 90. El NIF producirá diminutas explosiones termonucleares que les dan a los científicos una impresión sobre lo que sucede cuando una bomba nuclear se detona. Los datos, a su vez, pueden utilizarse para verificar las simulaciones por ordenador que ayudan a determinar si el arsenal nuclear de Estados Unidos seguirá funcionando a medida que las armas envejecen. Los datos también podrían dar una idea de los procesos que impulsan al sol y las demás estrellas, y responder a otras preguntas científicas. Por último, el NIF podría servir como una prueba de concepto de diseño para una central de energía de fusión.
Para generar la fusión, se generan 192 rayos láser, se amplifican, y se convierten de luz infrarroja a ultravioleta y, a continuación, se apuntan a un bote de oro pequeño del tamaño de una goma de lápiz. Dentro de ese bote hay una esfera que contiene el combustible, dos isótopos del hidrógeno llamados deuterio y tritio. Los láseres se colocan alrededor de la esfera para crear las temperaturas y presiones necesarias para iniciar una reacción de fusión. Si todo va según lo previsto, algunos de los átomos de hidrógeno deben fusionarse, produciendo helio y liberando energía. Esto, a su vez, debe causar más reacciones de fusión hasta que el combustible se agote. Todo el proceso durará sólo miles de millonésimas de un segundo.
nLos investigadores han creado la fusión en el laboratorio antes, pero sus experimentos requirieron más energía de la que produjeron. Por ejemplo, un sistema en los Laboratorios Nacionales Sandia en el Departamento de Energía, llamado la máquina Z, utiliza electricidad en lugar de láseres para comprimir los isótopos de hidrógeno y producir la fusión. Se necesitaría una versión mucho más grande de la máquina Z para generar más energía de la que utiliza. Moses acota que el NIF podría llegar a la fusión de "ganancia" en tan sólo dos o tres años, mucho antes que el proyecto de fusión más famoso ITER en Cadarache, Francia, que probablemente no será operativo hasta 2018. "Este ha sido un gran reto durante mucho tiempo, por lo que la arrogancia sería lo peor", comenta Moses. "Pero creemos que podremos lograrlo. Cuando consigamos la fusión en 2010 o 2011, vamos a estar en una posición muy emocionante. Creo que el mundo se despertará con las posibilidades".
Moses se refiere principalmente a las posibilidades ofrecidas por una central de energía de fusión. La fusión no plantea ningún peligro de proliferación nuclear, produce pocos residuos y utiliza abundantes fuentes de combustible, por lo que podría proporcionar mucha energía limpia durante muchos miles de años. Algunos dicen que el combustible (hidrógeno) es virtualmente ilimitado, aunque los reactores propuestos utilizarán tritio, un isótopo del hidrógeno hecho a partir del litio, que es escaso.
El complejo actual no está construido para generar electricidad. Pero Moses declara que con la financiación adecuada, una central de energía que utiliza fusión de un sistema como el del NIF podría estar funcionando en una década. En contraste, las centrales de energía basadas en la máquina Z de Sandia en el sistema ITER en Francia están a décadas de distancia.
Otros expertos, sin embargo, son más escépticos. "Si el NIF tiene éxito, ellos todavía estarán muy lejos de convertir esto en una fuente de energía práctica", opina Ian Hutchinson, profesor y jefe de ciencia nuclear e ingeniería en el MIT (Massachussets Institute of Technology (Estados Unidos). Por ejemplo, añade, una central energética requeriría que el láser se encendiera con mucha más frecuencia que los láseres del NIF, 5 a 10 veces por segundo, en lugar de una vez cada par de días, como es posible ahora. (Cada ráfaga liberaría la energía equivalente a unos cinco kilovatios-hora de electricidad: en comparación, una central nuclear media genera 12,4 mil millones de kilovatios-hora al año, mientras que una casa promedio requiere alrededor de 1000 kilovatios-hora por mes.)
En cambio, el ITER utilizará el confinamiento magnético de plasma caliente para producir la fusión, un sistema que produce un flujo continuo de energía que podría ser más adecuado para generar electricidad que las ráfagas muy breves de energía producidas por el NIF, afirma.
Sea que conduzca a las centrales de energía de fusión o no, el NIF es importante, dice Stewart Prager, el director del Laboratorio de Física de Plasma del Departamento de Energía en la Universidad de Princeton. La ciencia que hará posible "no se puede hacer en otra parte", concluye.