El combustible líquido podría ser la llave para la fusión nuclear

Las estrellas como el Sol producen cantidades ingentes de energía a partir de una masa limitada porque los átomos que la componen, fundamentalmente hidrógeno, se fusionan entre sí para formar helio, liberando en el proceso mucha energía. A diferencia de la fisión nuclear, en la que un átomo pesado como el uranio se rompe (fisiona), la fusión nuclear no genera en principio productos radioactivos. En estos momentos existen en ejecución grandes proyectos para intentar reproducir lo que hace el Sol en la Tierra empleando dos técnicas principalmente, el confinamiento magnético como el proyecto ITER (en Francia), y el confinamiento inercial como el NIF (National Ignition Facility, en California), con la idea de obtener una energía limpia y abundante.

En el caso de la fusión por confinamiento inercial cientos de láseres producen rayos X que impactan desde todos lados en una cápsula hueca de combustible (isótopos de hidrógeno), con el objetivo de que implosione. Si la presión que se consigue en el centro es suficientemente grande, los núcleos del combustible se fusionarán en una reacción que ya es capaz de mantenerse por sí misma. En el confinamiento magnético se emplean campos electromagnéticos para confinar un plasma caliente.

Como decíamos hace un momento, en el confinamiento inercial la estrategia es usar láseres de alta energía para calentar y comprimir rápidamente una cápsula de hidrógeno. Para mantener el hidrógeno en su sitio la cápsula suele estar formada por hidrógeno congelado. Ahora un nuevo trabajo sugiere que podría emplearse hidrógeno en estado líquido, lo que aparte de hacer algo menos exigentes las condiciones iniciales (el hidrógeno se vuelve sólido a – 259 ºC, mientras que se convierte en líquido a -253 ºC), podría facilitar alcanzar las condiciones de fusión. Los experimentos llevados e cabo en el NIF consiguen temperaturas de fusión empleando una mezcla líquida de hidrógeno pesado como material de partida.

Entre 2009 y 2012 el NIF empleó cápsulas que contenían una capa de hielo de hidrógeno pesado

Durante su campaña inicial entre 2009 y 2012 el NIF empleó cápsulas que contenían una capa de hielo de hidrógeno pesado. Estos experimentos alcanzaron a producir la fusión pero no a un ritmo que permitiese que fuese autosostenida, en parte porque la asimetría en la iluminación con rayos X impide que se alcance la alta compresión del combustible que es necesaria. Ahora R.E. Olson, del Los Alamos National Laboratory, y sus colaboradores han experimentado con una capa líquida que requiere menos compresión que el hielo.

Para llevar a cabo las pruebas los investigadores usaron una espuma especial que absorbe el hidrógeno líquido haciendo que forme una capa esférica simétrica a lo largo de la pared de la cápsula. Cuando la cápsula se expuso a láseres de potencia reducida, la cápsula alcanzó temperaturas al implosionar suficientes como para dar comienzo a la reacción de fusión, como pudo comprobarse por el flujo de neutrones medido (similar al de los experimentos con hielo).

El siguiente paso, actualmente en fase de desarrollo comprobará si los láseres a toda potencia se puede alcanzar la reacción de fusión autosostenida.

Referencia: R.E. Olson et al (2016) First Liquid Layer Inertial Confinement Fusion Implosions at the National Ignition Facility Phys. Rev. Lett. doi: 10.1103/PhysRevLett.117.245001