Me ha llamado la atención “Un paso más hacia la fusión nuclear,” Ciencia Kanija, 1 Oct. 2012 [original en inglés], que se hace eco de un nuevo artículo sobre fusión inercial de funda magnetizada (MagLIF) publicado en Physical Review Letters por investigadores del Laboratorio Nacional Sandia en Albuquerque, Nuevo México, EEUU. El resumen del artículo técnico es muy optimista y predice una ganancia energética de hasta 1000, lo que significaría que se obtiene mil veces más energía de la fusión que la necesaria para producirla. Este valor hay que tomarlo con alfileres, no solo porque se ha obtenido mediante simulaciones numéricas en dos dimensiones (2D en lugar de 3D), sino también porque los autores del artículo han definido la ganancia energética G como el cociente entre la energía de fusión alcanzada y la energía absorbida por el combustible y su cápsula durante la implosión. Obviamente, hay muchas pérdidas. En la introducción del artículo, los autores aclaran que solo un 20% de la energía utilizada es útil, es decir, acaba en la cápsula y el combustible; por tanto, un valor más realista de la ganancia energética G lograda en la fusión inercial magnetizada en estos experimentos numéricos es cinco veces menor. Por supuesto, en mi opinión incluso este valor es muy optimista, pues las simulaciones numéricas incurren en gran número de simplificaciones de la física del plasma. Sinceramente, no creo que se logre nunca una ganancia de energía en la fusión gracias a MagLIF (es decir, una ganancia Q>1), salvo que se introduzcan gran número de cambios en los diseños que han sido estudiados por estos autores. Pero quizás soy demasiado pesimista (prefiero pensar que realista). El nuevo artículo técnico es Stephen A. Slutz and Roger A. Vesey, “High-Gain Magnetized Inertial Fusion,” Physical Review Letters 108: 025003, 2012. Más información sobre MagLIF y simulaciones previas menos detalladas en S. A. Slutz et al., “Pulsed-power-driven cylindrical liner implosions of laser preheated fuel magnetized with an axial field,” Physics of Plasmas 17: 056303, 2010.
La fusión por confinamiento inercial consiste en inyectar mucha energía en una cápsula de combustible de tal forma que explote la funda de la cápsula y, por el principio de acción y reacción, implosione el combustible de su interior hasta que se logra la superar el punto de equilibro de la fusión (llamado breakeven en inglés) y denotado Q=1. La idea parece sencilla y hace 60 años parecía tan fácil de lograr como la fisión nuclear; sin embargo, tras 60 años aún nos encontramos tan verdes como entonces y aún no se ha logrado alcanzar el punto de equilibrio de la fusión por confinamiento inercial (el récord actual, logrado gracias al confinamiento magnético en el tokamak JET fue Q=0,7<1, aunque las pruebas con bombas atómicas indican que es posible y se espera que ITER logre alcanzar Q=10).
Uno de los grandes problemas de la fusión por confinamiento inercial es el diseño y el preproceso de la cápsula de combustible (pellet). Las cápsulas esféricas son mejores porque consiguen una implosión más simétrica, pero su volumen crece con el cubo del radio, luego se necesita una mayor energía para lograr la explosión de su capa exterior que logre la implosión del combustible interior. Las cápsulas cilíndricas, cuyo volumen crece con el cuadrado del radio, parecen una mejor opción, pero requieren una mayor energía para lograr una explosión radial de la funda del combustible. La técnica MagLIF trata de resolver este problema mediante el precalentamiento previo del combustible mediante magnetización. Para ello se usa una funda metálica por la que se hace pasar una corriente eléctrica muy alta que genera un gran campo magnético.
El nuevo artículo estudia la fusión deuterio-tritio (DT) en cápsulas metálicas de berilio y aluminio magnetizadas con corrientes de millones de amperios (MA) aplicadas mediante pulsos cortos de decenas de nanosegundos (ns). La ganancia energética de 1000 se obtiene en las simulaciones numéricas al aplicar una corriente de 70 MA en la cápsula durante unos 10 ns; con una corriente de unos 60 MA durante 10 ns se obtendría una ganancia energética de 100. Son números fáciles de escribir, pero son enormes y están más allá de la tecnología actual. Por ejemplo, el mayor generador de rayos X del mundo, la máquina Z del Laboratorio Nacional Sandia, logra alcanzar unos 20 MA en pulsos cortos de unos 100 ns. Alcanzar 60 MA, aunque sea en pulsos de 10 ns, requiere una nueva instalación experimental.
En resumen, el nuevo artículo técnico es llamativo, en especial a los que hacemos simulaciones numéricas, pero creo que debemos poner los pies sobre la tierra y recordar que “la realidad siempre supera a la ficción.”
PS: En la versión original de esta entrada yo usaba el término “ignición” para denotar el punto de equilibrio Q=1, cuando estrictamente hablando la ignición se logra para Q→∞. Me lo ha aclarado alfonsotwr (@alfonsotwr) en Twitter; gracias.
