El lunes 5 de diciembre de 2022, a la 1:03 am, tuvo lugar un experimento en California que puede ser de importancia vital para el futuro de la energía.
Los científicos de la Instalación Nacional de Ignición (NIF, por sus siglas en inglés) dirigieron su láser de 192 rayos a un cilindro con una pequeña cápsula de diamante rellena de combustible nuclear.
El poderoso estallido de la luz láser generó temperaturas y presiones inmensas al provocar una reacción de fusión, como la que alimenta al Sol.
La NIF, que pertenece al Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), había realizado experimentos similares, pero esta vez la energía de la reacción fue mayor que la del láser utilizado para producirla.
Los científicos habían intentado durante décadas alcanzar ese umbral.
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Una esfera perfecta
El objetivo de la comunidad científica es construir en el futuro centrales eléctricas que generen, mediante reacciones de fusión, un flujo abundante de electricidad libre de emisiones de carbono.
Pero eso todavía está lejos y, mientras tanto, queda un largo camino en el desarrollo de la tecnología necesaria.
Uno de los componentes clave en la NIF es una cápsula de diamante sintético del tamaño de un grano de pimienta.
Las propiedades de esa cápsula esférica, que contiene el combustible, son cruciales para llevar a cabo con éxito un experimento de fusión.
La esfera tiene que ser perfectamente lisa y estar libre de contaminantes, ya que cualquier anomalía podría arruinar la reacción.
Sin embargo, esas esferas diseñadas con precisión no se fabrican en California; son el resultado de años de trabajo de la empresa Diamond Materials, con sede en Friburgo, Alemania.
La demanda de este tipo de cápsulas esféricas es muy alta, asegura Christoph Wild, director gerente de Diamond Materials junto con Eckhard Wörner.
"Colaboramos estrechamente con el laboratorio LLNL e intentamos minimizar defectos como impurezas, cavidades o paredes irregulares".
El proceso
El equipo de 25 personas de Diamond Materials fabrica diamantes sintéticos mediante un proceso llamado deposición química de vapor.
Se necesitan unos dos meses para crear cada lote de 20 a 40 cápsulas.
Para fabricarlas hay que colocar pequeños cristales de diamante alrededor de un núcleo de carburo de silicio y pulirlos repetidamente.
Durante el proceso de desarrollo descubrieron que incluso el pulido más meticuloso era insuficiente ya que, a nivel microscópico, la superficie aún presentaba orificios y desniveles.
En su trabajo con los equipos del LLNL, al final descubrieron que podían glasear una cápsula pulida con una nueva capa de cristales de diamante para lograr el acabado perfecto que necesitaban.
Cuando las cápsulas de diamante llegan al laboratorio, se les retira el núcleo de silicio y con un pequeño tubo de vidrio se rellena la esfera hueca de deuterio y tritio -isótopos pesados de hidrógeno- que alimentan la reacción de fusión.
"Alrededor de esa píldora de combustible hay un cilindro de oro y uranio empobrecido", explica Mike Farrell, vicepresidente de tecnología de fusión inercial de General Atomics, el mayor socio industrial del LLNL.
La tercera y última capa de la cápsula es un cilindro de aluminio que se usa para enfriar su contenido antes de la reacción.
Otra área de la tecnología crucial para la NIF es la óptica: cualquier elemento que permita la transmisión, detección o utilización de la luz.
Al operar el láser más potente del mundo, la NIF utiliza mucha tecnología óptica y sus componentes se dañan cada vez que se enciende la máquina.
Desde principios de la década de 1970, la NIF trabaja en estrecha colaboración con firmas de productos ópticos como Zygo Corporation y el fabricante de vidrio especializado SCHOTT para ajustar las piezas, además de suministrar repuestos y protectores contra fragmentos y explosiones.
Acercando el futuro
Tras el éxito del experimento de diciembre, la NIF y sus socios asumen el nuevo reto de perfeccionar aún más la tecnología para replicar y mejorar la reacción.
Mike Farrell espera que ese paso adelante sirva para promover el apoyo a futuras investigaciones.
"El experimento provocó un cambio de paradigma en la comunidad científica. Se pensaba que la ignición era casi inalcanzable o que solo podría suceder 40 años en el futuro. El resultado en diciembre fue revelador".
De vuelta en Friburgo, Diamond Materials espera poder dedicar más tiempo a la investigación.
"Alrededor del 20% de nuestro equipo está involucrado en la investigación, y los dos directores generales somos físicos", afirma Wild.
"La investigación a este nivel requiere muchos recursos y no podemos descuidar la producción. Por eso probablemente seguiremos ampliando el equipo. Después de todo, la investigación de hoy conduce a los productos del mañana".
Equipos de científicos de todo el mundo se esfuerzan a día de hoy por construir una planta de energía de fusión operativa, utilizando todo tipo de técnicas.
Pero lograr el objetivo llevará muchos años y una inversión de miles de millones de dólares.
El hito del año pasado en la NIF probablemente dará un impulso al sector, considera Farrell: "ahora que se ha demostrado que la ignición es posible, puede ser más fácil conseguir financiación gubernamental y corporativa".
Esa inversión será necesaria para afrontar los grandes desafíos que plantea la construcción de una planta de energía, entre ellos encontrar materiales que puedan soportar las altísimas temperaturas emitidas en el proceso de fusión.
Pero Farrell asegura que, una vez logrado el gran paso inicial, el proyecto puede progresar rápido.
