Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Fabricando una estrella: el NIF está servido

Se acaba de anunciar la puesta a punto del NIF. Su propósito, crear una estrella, un sol, pero en nuestra propia Tierra. Para lograrlo se han construido unas instalaciones del tamaño de un estadio olímpico y lo obtenible será un pequeño sol, del tamaño de una aspirina, que alcanzará una temperatura de 82 millones de grados.

BASES
Si las termofusiones nucleares las pudiésemos realizar controladamente, ello significaría el fin de las preocupaciones energéticas de la humanidad. Su materia prima es inacabable (el agua, de cuyos tres átomos dos son de hidrógeno) y el proceso sería limpio, ya que los productos de la reacción (neutrones y átomos de helio) no son radiactivos ni generan gases que incrementen el efecto invernadero.

En estas páginas ya nos hemos ocupado de las posibilidades energéticas de la fusión nuclear (http://servicios.laverdad.es/cienciaysalud/6_2_28.html). Básicamente existen dos aproximaciones diferentes para su eventual aprovechamiento. El confinamiento magnético utiliza material en el estado de plasma, un estado físico de la materia en el que la agitación térmica es capaz de vencer la atracción eléctrica que sufren los electrones por los núcleos atómicos. El plasma se confina dentro de una botella magnética, en un campo magnético sometido a la fuerza de Lorentz. En esta aproximación el principal proyecto en marcha es el ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor oReactor Termonuclear Experimental Internacional), de Cadarache (Francia), liderado por un consorcio internacional que intenta demostrar la factibilidad científica y tecnológica de la fusión nuclear.

En cuanto al confinamiento inercial, el plasma se comprime hasta obtener densidades 200 a 1.000 veces mayor que la de sólidos y líquidos y, tras ello, se eleva la temperatura del elemento, facilitando la fusión. También presenta otras ventajas operativas sobre el confinamiento magnético. Para su desarrollo se han construido o se están construyendo diversas instalaciones, siendo NIF (California) y Laser MegaJoule (LMJ, en Burdeos, Francia) las más importantes. Se calcula que la realización de un experimento de ignición será cinco veces más barato a través de la fusión inercial que de la fusión magnética.

En cuanto a costos, el megaproyecto internacional ITER supera los 10.300 millones de euros, el segundo proyecto más caro del mundo, después de la Estación Espacial Internacional, mientras que las plantas inerciales láser de California y Burdeos cuestan 2.500 millones de euros cada una. La utilidad operativa derivada del Iter se conocerá en décadas; las otras en años, pero fueron diseñadas para otro cometido muy diferente, el de la disuasión militar.

MILITAR
Desde 1996, el Tratado para la Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares prohibió probar las armas atómicas con detonaciones reales. ¿Cómo conocer, entonces, su física, lo que ocurre en ellas? Los proyectos NIF y LMJ, recrearán las reacciones que se producen en el interior de las estrellas, que se parece mucho a lo que sucede durante la explosión de una bomba termonuclear. En palabras de uno de los responsables de los proyectos: «En una bomba nuclear, para llegar a fusionar los átomos ligeros, se requiere primero utilizar la fisión con plutonio: es la cerilla. En la fusión no tenemos esa cerilla, por eso necesitamos el láser e instalaciones enormes de hasta 300 metros de largo en los que amplificar su energía».

Según el francés Didier Besnard, de quien depende el LMJ, «El objetivo, efectivamente, es que podamos mantener la disuasión y renovar de forma fiable nuestro arsenal nuclear, pero estas dos instalaciones únicas también están puestas a disposición de la comunidad científica para un gran número de experimentos y para el estudio de la producción de energía». Y según, el estadounidense Erik Storm, del proyecto NIF del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, «lo que podemos hacer con el NIF o el LMJ es investigación básica, ya sea de física o militar. Está todavía muy lejos de una central de energía, pues se trata tan sólo de demostrar la capacidad de alcanzar simplemente la ignición y una pequeña ganancia de energía por fusión. Pero este es el primer paso para que algún día se pueda conseguir el resto.Hay que soñar». En todo caso, se confía que en pocos años se habrá conseguido la primera ignición y reproducido una pequeña estrella.

En una ignición, se liberaría una gigantesca potencia, mil veces superior a todo el poder generador de electricidad de los Estados Unidos, pero, eso sí, solo durante unos fugaces nanosegundos. Por ello, aunque la potencia sea enorme, en realidad la energía no sería mucha. Otra realidad es que la recreación de una estrella, por ahora, no servirá para generar más energía que la utilizada su puesta en marcha. Para alcanzar los cerca de 20megajulios necesarios para la ignición, el láser que incida en la cápsula de combustible deberá haber llegado a casi los 2 megajulios y, para ello, la instalación necesitará haber captado antes de la red eléctrica unos 420 megajulios, pero lo importante será dar los primeros pasos que demuestren la viabilidad científica de la fusión inercial.

NIF
El NIF es un programa de la Administración de Seguridad Nuclear Nacional del Departamento de Energía ubicado en el Lawrence Livermore National Laboratory, en California, Estados Unidos.

Esquemáticamente, consiste en una súper estructura que pretende conducir con extremada precisión un pequeño láser inicial a través de unos 10.000 sistemas ópticos y amplificarlo unas 15.000 veces (la mayor potencia conocida del mundo) alcanzando 1,8 millones de julios. El láser tiene que ser descompuesto en 192 haces de neodimio vidrio de 1.8 MJ, emitiendo en una longitud de onda de 0.35mmy con una duración de pulso de unos 16 nanosegundos.

Los haces son conducidos a lo largo de cientos de metros de unas instalaciones tan grandes como dos campos de fútbol, para converger, convertidos en rayos X, en una cámara de aluminio de 10 metros de diámetro en la que se encuentra una pequeña cápsula con los isótopos de hidrógeno –deuterio y tritio– a 250 grado bajo cero, colocada en un pequeño contenedor cilíndrico de oro que será calentado por el láser a varios millones de grados como si fuese un microondas. Si todo va bien y la compresión de la cápsula es simétrica y suficientemente se originarán las reacciones de fusión.

Pero hay que ser realistas y saber que la posible producción de energía mediante estos sistemas en una central comercial, es un objetivo de, al menos, décadas. Y ello sólo será posible si previamente hay una decisión mundial para intentarlo.

Más en: https://lasers.llnl.gov/newsroom/project_status/index.php.