El estado actual de la fusión aneutrónica, la tercera vía a la fusión nuclear

Hay una alternativa a la fusión nuclear, la panacea energética del siglo XXI, que no requiere gastar miles de millones de euros de los contribuyentes. Eric J. Lerner y su equipo de la empresa Lawrenceville Plasma Physics, Inc., están explorando una tercera vía para la fusión nuclear, la fusión aneutrónica basada en plasmoides, que pretende la fusión de protones e iones de boro-11, resultando helio-3 y energía a espuertas. La fusión aneutrónica no está libre de neutrones, pero requiere que la emisión de neutrones al producir cierta cantidad de energía sea inferior al 1% de la emisión correspondiente a la fusión convencional. El último artículo de Lerner se ha publicado en la revista Physics of Plasmas de la AIP y afirman que han logrado la fusión pulsada confinada en un plasmoide de iones de deuterio (sí, la fusión D+D con emisión de neutrones); durante unos 7-30 nanosegundos han logrado una producción de 0,15 billones de neutrones en el núcleo de un plasmoide de 0,3-0,5 mm de radio y una densidad de ∼3 × 1019 cm−3. Según Lerner y sus coautores se ha logrado dar un gran paso hacia la fusión aneutrónica (aunque en mi opinión de inexperto aún queda bastante lejana). El artículo técnico es Eric J. Lerner, S. Krupakar Murali, Derek Shannon, Aaron M. Blake, and Fred Van Roessel, “Fusion reactions from >150 keV ions in a dense plasma focus plasmoid,” Phys. Plasmas 19: 032704, 23 March 2012 [pdf gratis]. Para quien no lo sepa, Phys. Plasmas es la revista con mayor índice de impacto dedicada en exclusiva a la física de plasmas, como nos recuerda Derek Shannon, “Acceptance to Physics of Plasmas confirms LPP is hot!,” LPP Inc., Feb. 27, 2012. Un avance previo de Lerner fue objeto de una entrada de César @EDocet, “Una tercera vía a la fusión nuclear: la fusión aneutrónica,” Experientia Docet, 24 oct. 2009, que por cierto llegó a portada en Menéame.

Lo primero, Eric J. Lerner está considerado un crackpot, un científico cuyas ideas parecen locuras, desde que escribió en 1991 un libro de divulgación afirmando que el Big Bang nunca ocurrió (“The Big Bang Never Happened“). No sé si 20 años más tarde seguirá opinando lo mismo, tras la confirmación de la teoría del Big Bang obtenida por WMAP-7, pero muchos físicos al oir el nombre de Lerner piensan de forma automática en la palabra crackpot. Pero bueno, esto es solo prensa rosa.

Como nos contó César: “La máquina de Lerner se llama dispositivo de fusión por concentración de plasma denso. Funciona almacenando carga en condensadores y descargando después la electricidad acumulada rápidamente a través de electrodos introducidos en un gas que se mantiene a baja presión. Los electrodos están dispuestos como un ánodo (cargado positivamente) en el centro, rodeado de cátodos (cargados negativamente) más pequeños. Cuando los condensadores se descargan, los electrones fluyen a través del gas, “golpeando” los electrones de los átomos del gas y arrancándolos de éstos, transformando de esta manera el gas en un plasma. Comprimiendo este plasma usando campos electromagnéticos, Lerner y sus colegas han creado un plasmoide, que es una pequeña burbuja de plasma que se puede hacer que esté lo suficientemente caliente como para iniciar ciertas formas de fusión. Según la teoría, los núcleos en el plasmoide se moverían tan rápido que cuando chocan entre sí vencerían la repulsión electrostática mutua y se fusionarían. (…) Lerner [propone] golpear átomos de boro con protones (los núcleos de los átomos de hidrógeno) hasta romperlos en tres núcleos de helio (p + 11B -> 3 4He) liberando en el proceso una enorme cantidad de energía. Este proceso se conoce, perversamente, como fusión aneutrónica.”

En 2009, Lerner y su equipo aún no habían logrado demostrar la fusión aneutrónica (“sus plasmoides no eran lo suficientemente calientes como para sustentar una fusión aneutrónica”). En 2012 tampoco la han logrado, aunque según ellos han dado un paso importante hacia su objetivo. Sus estimaciones teóricas indican que la lograrán cuando logren descargar un corriente pico de más de 2 MA (millones de amperios) sobre un plasmoide adecuado; en su artículo en Physics of Plasmas afirman haber alcanzado corrientes pico entre 0,9-1,1 MA, aunque sobre un plasmoide de deuterio (que es menos pesado que el boro). La idea clave de Lerner y su equipo es confinar el plasma utilizando energía magnética en lugar de energía térmica; con 1 MA (mega-amperio) afirman haber alcanzado 80 MG (mega-gauss) y una densidad de energía magnética de 3×1014 erg/cm³, unas 15 veces mayor que la densidad de energía térmica alcanzada en su experimento, de solo 2×1013 erg/cm³. Como el plasmoide es muy pequeño, esta densidad de energía térmica implica una temperatura muy grande, de unos 1800 millones de grados (Eric J. Lerner, “Record confinement of 1.8 billion-degree plasma published in peer reviewed journal,” LPP Inc., March 23, 2012). En opinión de Lerner, esta densidad de energía magnética es suficiente para lograr la fusión aneutrónica, pero por ahora solo están estudiando la fusión D+D. En sus propias palabras “The conditions obtained in these experiments with deuterium are of interest for aneutronic fusion, such as pB11. Theoretical work has shown that there are effects at high magnetic fields that can reduce x-ray Bremsstrahlung with pB11 plasma. Simulation has also indicated promise that fusion power may at times exceed x-ray emission. We intend to test this soon.”

Habrá que esperar a ver cómo evoluciona este campo. Como ya sabéis los lectores habituales, yo soy bastante escéptico respecto a esta vía para la fusión. Espero equivocarme.

17 pensamientos en “El estado actual de la fusión aneutrónica, la tercera vía a la fusión nuclear

    • yo pensé lo mismo: “[propone] golpear átomos de boro con protones (los núcleos de los átomos de hidrógeno) hasta romperlos en tres núcleos de helio ” ese texto habla de fision, o yo no lo entiendo

    • El Cid, la primera vez que leí sobre sonoluminiscencia, en 1991, cuando estaba subscrito a Nature en papel, me quedé alucinado. Los primeros trabajos sobre “sonofusión,” que leí en papel en PLA alrededor de 1996, me alucinaron aún más. Tras defender mi tesis en 1998 estudié bastante sobre cavitación, pero reorienté mi trabajo hacia la ecocardiografía de contraste (en aquella en sus inicios en España). La “sonofusión” me provocó dudas tras su no repetibilidad (PRL 2002). Ahora, con el paso de los años, ya me alucina menos este tema, aún así tengo la sensación de que los grandes resultados (a favor o en contra) están próximos.

      Supongo que conocerás el trabajo de David J. Flannigan, Kenneth S. Suslick, “Inertially confined plasma in an imploding bubble,” Nature Physics 6: 598–601, 27 June 2010. Yo acabo de descubrir Shahzad Khalid, Brian Kappus, Keith Weninger, Seth Putterman, “Opacity and Transport Measurements Reveal That Dilute Plasma Models of Sonoluminescence Are Not Valid,” Phys. Rev. Lett. 108: 104302, 6 March 2012. Tengo demasiadas cosas pendientes para este Semana Santa, pero quizás debería refrescar sobre este tema en el blog.

      • No, no conocía este trabajo. Y el segundo tampoco. No sabía que la fusión por sonoluminiscencia fuera un tema tan serio en la investigación reciente. Pensaba que estaba casi descartada.
        Como se trata de un tema al que no te dedicas profesionalmente, no veo ningún impedimento para que se hable de él en este blog ¿no?

    • Francisco, el E-cat de Rossi no ha sido descrito en detalle en ningún documento, pero lo poco que se sabe viola las leyes de la termodinámica; uniendo secretismo e imposibilidad física lo único que se puede decir es que … la opinión oficial de la comunidad científica es que es un timo. Todas las exhibiciones públicas de Rossi me recuerdan al autómata que jugaba al ajedrez … y resultó que tenía un enano dentro.

      Por cierto, sobre E-cat y Rossi ya dí mi opinión en este blog (y no ha cambiado desde entonces): “Mi opinión sobre la fusión fría alcanzada por los italianos Focardi y Rossi.”

  1. Gracias !!.. Me daba la misma impresión. Tenía curiosidad por contrastar lo que ya me imaginaba, pero el caso es que vengo siguiendo por tweeter a algunos investigadores que hicieron “me gusta” en este enlace. Tweeter puede ser peligroso… y estos “me gusta” pueden bajar, sin sospecharlo, el índice de credibilidad de quien lo hace… una pena !!.

  2. “afirmando que el Big Bang nunca ocurrió”

    a mi no me parece posible desde el punto de vista de la lógica. Mas bien me parece que el Universo siempre ha estado ahí, y debido al cambio/fluctuacion (en el mundo cuántico las fluctuaciones son viejos compañeros) de los valores de una de las cuatro fuerzas fundamentales, o surgimiento de una nueva o su desaparición, se organizó tal estropicio, que para los resultados es como una gran explosión,

    Por ejemplo, ahora se habla de la energía oscura….

    …quizá el espacio se está expandiendo, no desde el big bang, sino desde la aparición de esta “nueva” fuerza.

    …bueno, quizá un físico famoso no pueda decir estas cosas, pero un ciudadano de a pie…

    • Abuela, Hawking (físico más famoso hay muy pocos) trabajó durante un par de décadas en la posibilidad de que el big bang nunca ocurrió (la teoría que él llamó “universo sin borde”), pero no logró explicar todo lo que conocemos sobre el universo y (quizás debido a la fama y sus obligaciones como famoso) abandonó estas ideas; Penrose (físico también muy famoso) ha trabajado en los últimos años en la idea de un universo cíclico sin big bang y ha llegado a ver señales experimentales de su idea (el problema es que solo las ha visto él y los demás que han repetido sus cálculos no las han visto); muchos otros físicos sienten disgusto por la idea del big bang y han propuesto muchas alternativas, muchas más de las que te puedes imaginar. ¿Cuál es el problema de todas estas propuestas? Que cada año sabemos más sobre el universo lejano (o temprano según la teoría del big bang) y ajustar todo ese conocimiento con nuevas ideas es muy difícil, cada día más difícil, casi imposible, por lo que nadie ha sido capaz de lograrlo, aún.

      A principios de 2013 (marzo) se publicarán nuevos datos sobre el fondo cósmico de microondas. Hay dos opciones: (1) si se ratifica la teoría del big bang, como yo espero, el nivel de precisión de la cosmología será tal que será muy difícil encontrar una explicación alternativa; y (2) si se observan pequeñas (más bien, pequeñísimas) desviaciones respecto a la teoría del big bang, cientos (quizás miles) de físicos se estrujarán el cerebro para reducir a cenizas la teoría del big bang (y la desterrarán del reino de la física). Pero, por ahora, lo que dicen los experimentos cosmológicos de precisión (unos 40 años de trabajo experimental de miles de cosmólogos) es que la teoría del big bang cada día es más robusta.

      Los ciudadanos de a pie deberían saberlo…

      • Francis de acuerdo con la robustez en la comprobación de las predicciones a partir de la teoría del Big Bang y de acuerdo con Hawking cuando sentencia que preguntarse que hubo antes del Big Bang es como preguntarse que hay al norte del polo norte, de acuerdo que el estudio del fondo de microondas es relevante para encontrar o no indicios de la existencia de algo anterior y precedente o descartarlo, pero cómo llevar esta inquietud de los ciudadanos de a pie, mira por absurdo que te parezca, es una paradoja que muchos tenemos pero si se demuestra la teoría del Big Bang seguiremos preguntando de qué materia, propiedades o características está hecha esa nada.

        Ayer en la conferencia me gusto mucho estos aspectos objetivo de estudio del CERN: Origen de la materia, naturaleza de la materia oscura -23%- y energía oscura -72%-, estructura del espacio tiempo, materia y antimateria, plasma primordial. Este último relacionado como bien sabes precisamente con esta entrada pues la energía de fusión requiere conseguir ese plasma de un gas de deuterio y de litio a una temperatura difícil de contener, de medir y de que el propio contenedor no lo enfríe.

      • Marina, solo un comentario al margen.

        El CERN (LHC y demás) no ha tenido nada que ver en que se sepa que el 22,8% del universo es materia oscura, que el 72,6% es energía oscura, y que el resto es materia bariónica. El CERN podría descubrir una explicación para el 22,8%, pero incluso los expertos dudan al respecto. Y el CERN no puede aportar nada sobre el 72,6%. Por ahora el CERN solo está estudiando el 4,6% del universo (que no es poco).

        En cuanto a la relación entre el plasma primordial (depende de la época pues cambia mucho de una a otra) y el plasma en el estado útil para la fusión es como la relación entre la atmósfera de Júpiter y el agua de un vaso (son lo “mismo” pero no tienen nada en “común”). Hay que tener cuidado cuando se usa a la ligera la palabra “plasma,” igual que cuando se usa a la ligera la palabra “fluido.”

      • Si Francis enseguida comprendi que nada tiene que ver el estudio del plasma de un gas, con el plasma primordial de la sopa de quarks y gluones, etc de cuan se formó nuestro universo. Gracias.

        Y respecto al estudio de la materia oscura, lo que me refería es a la extensión del CERN a la Estación espacial internacional del experimento AMS en la ISS, el espectrómetro magnético alfa.
        Es que son notas que intenté tomar muy deprisa.

      • Marina, los primeros datos de AMS-02 en la ISS (experimento en el que colabora el CERN) serán publicados próximamente y podrían aportar algo al problema de la materia oscura, pero hay que ser cautos, AMS-02 solo puede observar señales indirectas de la materia oscura, la desintegración o aniquilación de partículas de materia oscura (como los neutralinos) en positrones, antiprotones y fotones, con lo que podría pasar lo mismo que con DAMA/LIBRA; la interpretación de la señal que observó como resultado de la aniquilación materia oscura es muy discutible, pues es incompatible con otros experimentos de búsqueda directa. Lo que está claro es que AMS-02 confirmará o refutará el resultado de DAMA/LIBRA, pero de ahí a proclamar que se trata de materia oscura hay un salto conceptual muy importante.

    • Corrijo, se trata de conseguir que los dos isótopos del hidrógeno, deuterio y tritio entren en interacción es necesario y ahí se señala la dificultad de un obtener un gas de ambos a temperaturas del orden de 200 ó 300 millones de grados.

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