LA FUSIÓN NUCLEAR INDUCIDA POR LASER

Durante la década de los ochenta, en los laboratorios dotados con los láseres más poderosos, los investigadores se concentraron en conseguir la fusión inducida mediante haces de elevada intensidad. La consecución de este objetivo requería alcanzar unas condiciones energéticas extraordinarias, como vamos a ver a continuación.

Los procesos de fusión nuclear ocurren porque cuando dos núcleos ligeros se unen para formar uno más pesado se libera una enorme cantidad de energía que estabiliza en gran medida el sistema. En la fusión nuclear está implicada una interacción denominada fuerza nuclear fuerte, que tiene una intensidad elevadísima pero un alcance muy corto Esta interacción es la responsable de que los dos núcleos se unan. Por ello, es necesario conseguir que los dos núcleos se aproximen mucho entre sí, para lo cual deben vencer la repulsión que existe entre ellos.

A fin de vencer estas fuerzas, se debe dotar a los núcleos de una gran energía cinética, lo que se traduce en la necesidad de alcanzar una temperatura extremadamente alta, de unos cien millones de grados Kelvin. Simultáneamente, para forzar a los núcleos a acercarse entre sí, se debe comprimir el sistema a una Presión del orden de los mil millones de atmósferas.

A la vista de las condiciones que se requieren para que se dé la fusión termonuclear, es obvio que sólo las fuentes de energía más intensas pueden permitir aspirar a generar estos procesos. Entre estas fuentes están los láseres de alta potencia.

Para generar una reacción nuclear se utiliza como combustible una mezcla de deuterio y tritio (estos isótopos del hidrógeno, por su elevada relación masa/carga , permiten el que se alcance un valor de la energía cinética muy elevado). Una mezcla de estos isótopos se introduce en una envoltura de plástico para formar una pastilla de aproximadamente un milímetro de diámetro.

La pastilla que contiene el combustible nuclear se irradia uniformemente desde diversas direcciones mediante haces láser superpuestos, con lo que su porción externa se calienta formando un plasma. Los haces láser solo penetran en el plasma hasta la superficie de densidad crítica. En esta zona, el haz cede gran parte de su energía al plasma, que se calienta enormemente. La energía de este plasma penetra en la superficie de ablación ( frontera entre el plasma caliente y la envoltura densa).

El plasma externo a la superficie de ablación estalla entonces, separándose del resto a gran velocidad (»1000 km/s). Una fuerza igual y opuesta, tal y como establece la tercera ley de Newton, provoca entonces la implosión de ese resto del sistema, de manera que el núcleo del combustible se comprime y se calienta de forma simultánea. Como resultado, se produce la reacción termonuclear. El Proceso

La energía resultante del proceso termonuclear de este proceso es absorbida por un fluido con el que se revisten las paredes del reactor. Este fluido se calienta y circula hacia un intercambiador de calor que transfiere la energía térmica a una corriente de vapor. Este vapor se utiliza para mover una turbina y generar electricidad. Así, se puede aprovechar la energía liberada en la reacción de fusión.

Una de las dificultades que se ha tenido que superar a la hora de conseguir la generación de procesos termonucleares ha sido el tener que trabajar con longitudes de onda mucho más cortas de las que poseen los haces de laser de alta potencia.

Dos son los problemas derivados de trabajar con una longitud de onda demasiado larga. En primer lugar, que la energía del haz láser se absorbe con escasa eficacia, por lo que solo se aprovecha un pequeño porcentaje de la misma. En segundo lugar, parte de esa energía no absorbida provoca que el núcleo se caliente antes de tiempo lo que dificulta la compresión del mismo e impide, por tanto que se dé el proceso de fusión nuclear.

Como conclusión final del artículo cabe destacar que se han logrado avances considerables en la física de la fusión inducida por láser, haciéndose también patente la necesidad de trabajar con longitudes de onda más cortas.

Aún hoy, a principios del siglo XXI, la posibilidad de conseguir la fusión por láser plantea serios interrogantes. Para lograrla, sería necesario avanzar en el desarrollo de las técnicas. Sin embargo, la necesidad cada vez más acuciante de encontrar fuentes de energía alternativas al petróleo, cuyas reservas están destinadas a agotarse en un plazo de tiempo no muy largo, podría impulsar el desarrollo de dichas técnicas para llegar a conseguir la producción de energía por fusión termonuclear de forma rutinaria. Si esto se consigue, la humanidad dispondrá en un futuro de una fuente de energía casi inagotable (considérese que con la cantidad de deuterio presente en el agua de una piscina cuadrada de 30 m de lado y 2 de profundidad bastaría para abastecer durante un año a una ciudad de tamaño mediano) en forma de agua marina, lacustre, etc.

En definitiva, el estudio de la física de plasmas y el desarrollo de dispositivos láser de alta potencia puede en un futuro proporcionar una inestimable fuente de energía.

Autor: Marco Castillo. Publicado el 17 de abril de 2001.