El método láser
El tokamak parecía la vía más segura para obtener
energía neta a partir de la fusión nuclear. Pero en los últimos años le ha
salido un duro competidor en Estados Unidos; más concretamente en el
Laboratorio Nacional Lawrence, en Livermore, California. Allí se inauguró el 29
de mayo de 2009 el Centro Nacional de Ignición
En esencia, el NIF es un enorme amplificador de
láser. Todo empieza con un débil pulso inicial, de apenas una milmillonésima de
joule (unidad de energía), que se origina en el centro del edificio. Dicho
pulso es dividido luego en los 192 canales que se encargan de dirigir los haces
de láser hacia su objetivo. A lo largo del kilómetro y medio que deben recorrer
por el interior del edificio, todos los láseres atraviesan hasta 52 placas de
vidrio amplificadoras; en cada una de ellas, la energía del haz aumenta en un
25%. Después de atravesarlas todas, la energía total del láser alcanza los
cuatro millones de joules, unas 1 000 veces superior al consumo eléctrico de
Estados Unidos en ese instante, y 100 veces superior a la energía que puede
proporcionar cualquier otro láser del mundo. Justo antes de penetrar en la
cámara de ignición y acercarse a su objetivo, unos cristales alteran la
longitud de onda de la luz láser, pasando ésta del infrarrojo, adecuado para el
desplazamiento lineal de los haces, al ultravioleta, que resulta más eficaz
para inducir la fusión.
La cámara de ignición es una enorme esfera de
unos 10 metros de diámetro. En su centro, un mecanismo que recuerda a un lápiz
gigantesco mantiene en posición fija al objetivo, un cilindro de oro que
contiene el combustible de hidrógeno. Los rayos láser convergen en el
hohlraum con una sincronización y precisión tales que, después de haber
serpenteado por el interior del edificio, deben incidir en el blanco con un
desfase de apenas 30 billonésimas de segundo como mucho. Al recibir el
impacto de los láseres, el hohlraum se comporta como un horno y responde
emitiendo rayos X de alta energía, que alcanzan el envoltorio de la cápsula de
hidrógeno y hacen que se expanda muy rápidamente. De acuerdo con la tercera ley
de Newton, esta acción tiene una reacción, y es que el interior de la cápsula
se comprime hasta el grosor de un cabello humano, alcanzando una densidad 100
veces mayor que la del plomo y una temperatura de decenas de millones de
grados. Este súbito aumento de temperatura y densidad es lo que desencadena la fusión nuclear.
Acertado cambio de rumbo
Los experimentos en el NIF no empezaron con buen pie. Entre 2009 y
2012, los intentos por alcanzar una reacción de fusión mantenida fallaron
estrepitosamente, consiguiendo apenas energías salientes del orden de 1 000
veces menores que las entrantes. La simetría de las implosiones, clave para
lograr la estabilidad del escurridizo plasma y sacar el máximo provecho a la
reacción de fusión, era muy diferente de las predicciones teóricas.
Después de analizar las
causas del fracaso, los científicos introdujeron un cambio significativo en el
experimento. Hasta ese momento, los pulsos de láser de la instalación estaban
diseñados para proporcionar la mayor parte de la energía al final del proceso,
con la idea de comprimir el combustible al máximo y aumentar el rendimiento de
la reacción de fusión (cuanto mayor es la temperatura de un cuerpo, mayor es su
resistencia a ser comprimido). Pero al trabajar así, la fina capa de plástico
que recubría el combustible se rompía y se mezclaba con éste, reduciendo la
presión interior y limitando la energía resultante.
A partir de entonces, los
científicos modificaron los pulsos de láser de forma que la energía se
suministrara en su mayoría al principio del proceso de compresión. De esta
manera se limitó la compresión total a la que se puede someter el combustible.
Pero a cambio la implosión del combustible resultó ser mucho más uniforme, pues
el plástico ya no se rompía. Así, los investigadores del NIF consiguieron que
la diana de hidrógeno se calentara hasta unos 50 millones de grados, y
alcanzara una presión 150 000 millones de veces superior a la de la atmósfera
terrestre. Semejantes condiciones propiciaron la fusión, y esta vez el
combustible liberó 17 000 joules, bastante más que los 10 000 que
desencadenaron el proceso. Este hito en la historia de la fusión nuclear
ocurrió el 30 de septiembre de 2013.
Ahora bien, si consideramos el experimento en
su conjunto y tenemos en cuenta los 1 800 000 joules necesarios para alimentar
los láseres, entonces la situación cambia. La energía obtenida por el
combustible ni siquiera llega al 1% de la suministrada por el láser. Para que
te hagas una idea, los 1.8 megajoules (MJ) equivalen a la energía cinética de
una vagoneta que viaja por la autopista a 120 kilómetros por hora. En cambio,
los 17 kilojoules (KJ) de energía suministrados por el combustible son
comparables a la energía de un motociclista que circula plácidamente por la
ciudad. Es evidente que todavía queda mucho para revertir esta situación.
Reto descomunal
Pero aún cuando consigamos la
producción de energía neta en todo el proceso, hay numerosos aspectos técnicos
que resolver antes de que se pueda utilizar la fusión nuclear como fuente de
energía útil. Hay que buscar materiales capaces de soportar las altas
temperaturas del reactor y el bombardeo durante años de los neutrones de alta
energía que se generan en las reacciones de fusión. El tritio, uno de los
ingredientes habituales del combustible, se puede obtener a partir de litio,
pero no en las cantidades necesarias; el reactor de fusión debería generar su
propio tritio mediante una compleja serie de reacciones. Además, un reactor de
fusión debería suministrar energía de forma continua durante años, sin
interrupciones, caídas o averías. Ahora mismo, la fusión inducida por láser sólo
puede provocar implosiones intermitentes, pues es necesario esperar varias
horas a que se enfríen los láseres para volver a dispararlos. Un reactor
comercial necesitaría prácticamente una implosión cada segundo. De la misma
manera, los tokamaks deberían mantener el plasma durante
semanas, no segundos.
En
cualquier caso, los enormes desafíos que plantea la fusión están a la altura de
los beneficios que podría proporcionar. El otro ingrediente usado en el
combustible, el deuterio, se puede obtener a partir del hidrógeno presente en
el agua del mar. Apenas genera una pequeña cantidad de residuos de corta
duración (el tritio es radiactivo, pero su vida media es de sólo 12 años y
medio) y únicamente emite helio. En potencia, un litro de agua contiene
la energía que consumiría un ser humano en toda su vida. Y cinco litros
equivalen al petróleo almacenado en un buque tanque petrolero de gran tamaño.
Por si esto fuera poco, la reacción de fusión
tiene una gran ventaja adicional: es absolutamente segura. Si algo va mal, lo
único que puede ocurrir es que la temperatura en el interior del reactor se
venga abajo y la reacción se detenga por sí sola. Igual que si paramos un
microondas. Es imposible que un reactor de fusión se salga de control, por
mucho que falle cualquiera de sus elementos. En cambio, ya sabemos por
experiencia lo terrible que puede ser un accidente en un reactor de fisión
nuclear, como el reciente de Fukushima en 2011 o el ya más lejano de Chernóbil
en 1986.
La energía es el motor que impulsa al mundo, y
su demanda no ha dejado de crecer desde hace más de un siglo. Sólo en las tres
últimas décadas se ha duplicado su consumo, y se calcula que para 2030
aumentará un 60%. Los combustibles fósiles, como el petróleo, son limitados y
contaminan el medio ambiente. También la fisión nuclear plantea serios
problemas medioambientales y de seguridad, mientras que las energías renovables
no han logrado aún ser más que un mero complemento. Sólo la fusión nuclear
parece emerger en el horizonte como la única alternativa real. Esperemos que,
en las próximas décadas, científicos e ingenieros consigan hacerla realidad y
resuelvan el problema energético de la humanidad.
Sin masa, el Universo sería un lugar muy diferente. Si el electrón no tuviera masa no habría átomos, con lo cual no existiría la materia como la conocemos, por lo que tampoco habría química, ni biología ni existiríamos nosotros mismos.
Este momento tan esperado llegó el 4 de julio de 2012, cuando las colaboraciones ATLAS y CMS presentaron nuevos resultados sobre la búsqueda del bosón de Higgs en el LHC con datos obtenidos en 2011 y 2012 como antesala de la gran conferencia de Física de Partículas ICHEP2012. En un seminario celebrado el la sede del CERN de Ginebra, ante una sala abarrotada y la expectación de la comunidad científica internacional, los portavoces de ambos experimentos, Fabiola Gianotti (ATLAS) y Joe Incandela (CMS) mostraron por separado resultados que muestran la observación de una nueva partícula en el rango de masas entre 125 y 126 GeV (gigaelectronvoltios), unas 134 veces la masa de un protón.
