50 años del Láser

Fusión inercial nuclear

Actualmente se está intentando con láseres ultravioleta de la máxima potencia en National Ignition Facility (NIF) en el laboratorio Lawrence Livermore, California. En la superficie interior de una gran esfera, 192 láseres apuntan a un blanco central, milimétrico, de los isótopos de Hidrógeno deuterio y tritio. La duración del pulso es de una milmillonésima de segundo. Los franceses, para el Mégajoule de 2011, han diseñado un impulso más largo.

Con el NIF los americanos aspiran a producir energía igual que el sol. Es el competidor del ITER magnético europeo, de Cadarache, dos caminos para llegar a una misma meta.

El día 1 de abril de 2009, EE.UU. presentó en California el láser más potente del mundo, el NIF. Cuando esté completo, tal vez este próximo otoño de 2010, 192 haces de láser ultravioleta concentrarán sobre el pellet (deuterio y tritio) un pulso de 351 nm (ultravioleta) y 1.8 MJ. El láser ultravioleta no colisiona directamente con el pellet, sino con las paredes de una cámara minúscula, las cuales, con el calor del impacto, generan rayos X y con ello la fusión nuclear.

Se trata de crear las condiciones de presión-temperatura de un núcleo estelar, como el sol, e iniciar la fusión nuclear. En 1952, el día 1 de noviembre, en Eniwetok, EE.UU. se logró la fisión nuclear, la explosión de la primera bomba atómica. Ahora es se busca la fusión, mucho más difícil.

El deuterio y tritio se funden para crear helio. Con ello se obtendría una fuente inagotable de energía no contaminante. El NIF debe aportar una potencia de 1.8 MW cuando, de hecho, escasamente alcanza 1.3 MW en 2010. Hay que esperar. Suministrar energía es necesario porque ambos isótopos tienen carga positiva y se repelen electrostáticamente. Hay que superar la barrera de Coulomb y se oponen a la fusión. Supone una temperatura de 100 millones de grados.

El NIF ha costado $3.500 millones y esperamos que algún día generará una fuente inagotable de energía, que nos libre de la energía generada por el carbón, ya que el hidrógeno, con sus isótopos deuterio y tritio, es inagotable como el agua.

El Sol un reactor de fusión nuclear

En 1938 Hans Bethe se hizo esta pregunta: ¿por qué el sol no se apaga? Una hoguera que dura siglos y milenios. ¿De dónde saca la energía? Sorprendentemente podemos contestar porque nosotros, desde el planeta Tierra, podemos observar el interior solar, su núcleo, gracias a los neutrinos: el sol es una esfera, de gas hidrógeno principalmente, en el interior de otra esfera de mayor radio, su atmósfera, de gas helio. Es fácil intuir que el hidrógeno genera gran cantidad de energía al convertirse en helio. El único proceso capaz de generar energía por el Sol es la conversión de masa en energía mediante procesos de fusión nuclear. Consiste en la fusión de deuterio (1p 1n 1e) y tritio (1p 2n 1e) con resultado de 1 partícula alfa ( 2p2n + 3.5 MeV) y 1n + 14.1 MeV. La energía liberada equivale a 0.7% de la masa inercial. Para calcular la energía generada se usa la conocida ecuación de A.Einstein: E=mc2 : Cada gramo de hidrógeno produce unos 173.000 kWh mientras que la combustión de un gramo de leña de un Cromagnon en su cueva producía solo 18.000 Julios.

El Mégajoule

En Francia se está intentando lo mismo que en EE.UU. con el NIF: el reactor estará en Aquitania, Barp-Gironde, terminado en 2011. 240 haces láser ultravioleta (351 nm) que rendirán 1.8 MJ, el mismo objetivo en potencia que EE.UU., dentro de una esfera de 140 Tm. Sólo que el impulso será más largo, algo más de 1/1000-9seg.