Una empresa británica de fusión y filial de la Universidad de Oxford, First Light Fusion, afirma haber logrado la fusión nuclear sin recurrir a láseres e imanes potentes mediante un novedoso método de «proyectil».
Su nuevo método ofrece la «ruta más rápida, sencilla y barata hacia la energía de fusión comercial», explica la empresa en un comunicado de prensa. Sorprendentemente, está inspirado en una de las criaturas más pequeñas del océano, el camarón.
Los gobiernos de todo el mundo apoyan cada vez más las empresas de fusión nuclear, ya que tienen el potencial de proporcionar una energía limpia prácticamente ilimitada.
Mientras que las centrales nucleares actuales generan energía mediante la división de átomos en reacciones de fisión, los reactores de fusión lo hacen de la misma manera que El Sol: chocando átomos con tanta fuerza y rapidez que se fusionan en elementos más pesados.
Pero hay otros métodos, como el del HB11 de Australia, que adopta un enfoque más específico utilizando láseres ultrapotentes para acelerar los átomos de hidrógeno en las pastillas de combustible de boro a una velocidad tremenda, produciendo átomos de helio cargados positivamente, que pueden cosecharse directamente para obtener energía eléctrica.
First Light Fusion ofrece otra perspectiva muy diferente, que no requiere costosos y potentes láseres o imanes para hacer el trabajo. Al igual que el enfoque HB11, First Light Fusion requiere una gran velocidad.
La Velocidad hipersónica, de hecho, en forma de un proyectil que se dispara desde un cañón de riel a un objetivo que cae a velocidad hipersónica, el cual está específicamente diseñado para generar ondas de choque colapsadas y finamente ajustadas que crean niveles de presión momentáneos casi mil millones de veces más altos que la presión del aire atmosférico a nivel del mar.
Los niveles de presión son lo suficientemente altos como para provocar que las pequeñas pastillas de combustible de deuterio incrustadas implosionen sobre sí mismas a velocidades lo suficientemente altas como para superar la repulsión nuclear e iniciar las reacciones de fusión.
Inspirado en la potencia del camarón pistola
Esta técnica, dice First Light Fusion, está inspirada en el camarón pistola y su famosa arma que dispara burbujas a presas desprevenidas. Estos pequeños chasquean sus pinzas a una velocidad increíble, creando una onda de choque y lanzando un chorro de agua hacia adelante a una velocidad de hasta 60 mph (96 km/h).
Es tan rápido que el agua se vaporiza al chocar con el agua en calma que la rodea, creando pequeñas cavidades de burbujas, la onda de choque incluso emite un brillante destello de luz.
Las cavidades de las burbujas interactúan con la onda de choque y se colapsan en un periodo de tiempo infinitesimal, pero durante el más breve de los momentos, el vapor de esas burbujas se calienta a decenas de miles de grados, e incluso emite un brillante destello de luz.
First Light tomó esto como punto de partida y comenzó a diseñar formas de amplificar este efecto mucho más allá de lo que puede lograr la pinza del camarón, hasta un punto en el que pueda crear condiciones favorables a la fusión. El proyectil de la empresa se dispara mediante un diseño electromagnético que le permite alcanzar velocidades masivas de más de 14.500 mph.
El proyectil se dispara mediante un diseño electromagnético similar al de un cañón de riel, a velocidades alucinantes de unos 6,5 km/seg (23.400 km/h, 14.540 mph), o algo menos de 19 veces la velocidad del sonido. Apunta directamente al objetivo, que a su vez cae por la cámara de reacción a través de la misma entrada. Cuando impacta, la presión es de unos 100 gigapascales.
Gracias al diseño del objetivo, esa presión se amplifica hasta alrededor de un terapascal. Cuando la pastilla de combustible implosiona, la medición final puede alcanzar una presión masiva de 100 terapascales. Con el combustible acelerando a más de 70 km/seg (252.000 km/h, 157.000 mph), o Mach 204, mientras implosiona.
En ese momento, dice First Light, el combustible se convierte en el objeto que más rápido se mueve en la Tierra, y la presión y la temperatura que genera la pastilla de combustible al comprimirse desde varios milímetros hasta menos de 100 micras, lo que es suficiente para desencadenar reacciones de fusión.
Éstas liberan cantidades impresionantes de energía térmica y neutrones, que son absorbidos por cortinas de metal de litio líquido de un metro de espesor que fluyen dentro de la cámara.
Cuando la pastilla cae en una piscina de litio líquido, un intercambiador de calor transfiere el calor al agua, generando vapor que hace girar una turbina y produce electricidad en el diseño final del reactor comercial.
Cada objetivo, dice First Light, produciría suficiente energía para alimentar un hogar medio del Reino Unido durante dos años. Según Energy UK, eso equivale a unos 6,2 megavatios-hora. En una central eléctrica comercial, esto ocurriría una vez cada 30 segundos, lo que daría a la planta una producción efectiva de unos 744 MW, un poco menos que el 1 GW de la planta de fisión nuclear media de Estados Unidos, pero sin residuos nucleares ni posibilidad de fusión.
La empresa afirma que esta técnica relativamente sencilla, si se compara con los diseños de tokamak y stellarator, «ofrece un camino hacia un costo nivelado de energía («LCOE») muy competitivo, inferior a 50 dólares por MWh».
Esto es sólo un poco más caro que el LCOE de la energía solar y eólica actual, pero, por supuesto, puede producirse bajo demanda, lo que lo convierte en un excelente generador de carga base para una red eléctrica, o en una buena opción para subir y bajar el ritmo de la curva de demanda. Arriba compartimos otro vídeo, ampliado para mostrar el diseño más amplio del reactor.
La empresa ha demostrado una prueba de concepto con la presencia de inspectores de la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido durante más de tres meses para presenciar un disparo de fusión, revisar la configuración experimental, comprobar los datos de calibración y examinar el procesamiento de datos y el análisis estadístico. First Light dice que la AEA del Reino Unido ha confirmado que el experimento mostró que el disparo produjo neutrones «consistentes con los producidos por la fusión de combustible de deuterio».
Ahora bien, se trata de una demostración en fase inicial, y como tal sólo se produjeron unos 50 neutrones de este tipo, lo que coincide con el rendimiento previsto.
Pero First Light dice que ha llegado al punto de lograr la fusión en un tiempo récord, mostrando «el progreso más rápido en el triple producto de fusión de cualquier proyecto en la historia de la fusión». Además, ha gastado menos de 59 millones de dólares para llegar hasta ahí, cuando el presupuesto más conservador del proyecto ITER ronda los 20.000 millones de dólares.
«La tecnología clave es el diseño de nuestros objetivos», afirma el cofundador y director general de First Light Fusion, el Dr. Nick Hawker. «Como objetos, son muy complejos, pero la física es más sencilla que la de otros enfoques de fusión; se puede entender y simular con precisión. Con este resultado hemos demostrado que nuestro nuevo método de fusión inercial funciona y, lo que es más importante, hemos probado nuestro proceso de diseño.»
Parece que la fusión nuclear está cobrando impulso, ya que los esfuerzos gubernamentales masivos empiezan a ver una seria competencia por parte de empresas comerciales innovadoras como First Light y HB11, que están atacando esta vieja castaña desde ángulos nuevos. El sueño de la energía de fusión está realmente vivo, y deseamos que todos los proyectos tengan éxito.
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