NIF no logra replicar su récord de energía de fusión por confinamiento inercial

Por Francisco R. Villatoro, el 26 julio, 2022. Categoría(s): Ciencia • Nature • Noticias • Science ✎ 9

Se acaba de anunciar un duro varapalo para la energía de fusión usando tecnologías láser. A finales de enero de este año se publicó en Nature el nuevo récord de energía estimada en un experimento del reactor de fusión por confinamiento inercial NIF (National Ignition Facility): el pasado 8 de agosto de 2021 se estimó una producción de 1.35 MJ durante unos 4 nanosegundos alcanzando un valor de Q = 0.71, pues sus 192 láseres inyectan 1.9 MJ en el hohlraum (LCMF, 11 feb 2022). No se logró alcanzar Q=1, el objetivo original de NIF en 2009 era lograrlo en 2012; por simple comparación, el objetivo de ITER es alcanzar Q = 10 durante más de 10 minutos en ~2040. La gran pregunta de todos los expertos era si el hito de NIF era repetible. Se publica en Nature una noticia exclusiva: todos los intentos de repetir el hito a finales de 2021 han fracasado (como mucho se ha logrado un 50 % de la energía récord). Todos los que dudaban de la utilidad del programa civil de NIF se frotan las manos.

No hay artículo científico, así que no puedo comentar resultados científicos. NIF está situado en el LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory) y recibe financiación de la NNSA (National Nuclear Security Administration) del DOE (Department of Energy) de los EEUU; la NNSA gestiona el armamento nuclear estadounidense, siendo el objetivo de NIF estudiar explosiones termonucleares cumpliendo con la moratoria de la prohibición de ensayos nucleares. El programa civil en energía de fusión de NIF fue calificado por muchos como un simple blanqueamiento de su programa militar. Aún así, muchos expertos tenían serias dudas sobre su utilidad real en el camino hacia la energía de fusión comercial. El nuevo fracaso de NIF nos enfrenta ante la eterna pregunta: ¿seguirá recibiendo financiación el programa de energía de fusión de NIF?

De nuevo nos encontramos a los científicos que lideran el NIF teniendo que jurar y perjurar que su programa en energía de fusión acabará siendo todo un éxito. Que tienen en la punta de los dedos la ignición con Q=1. ¿Volverán a convencer a los congresistas estadounidenses? La noticia exclusiva en Nature es Jeff Tollefson, «Exclusive: Laser-fusion facility heads back to the drawing board. US scientists evaluate their options after failing to replicate record-setting experiment from 2021,» Nature 22 Jul 2022, doi: https://doi.org/10.1038/d41586-022-02022-1.



9 Comentarios

    1. Juan, yo no soy experto, pero me parecen muy convincentes los artículos con las simulaciones por ordenador que apoyan que se conseguirá Q=1 si se logra un buen diseño del hohlraum que garantice que gran parte de la energía llegue al combustible. El problema es que las geometrías sencillas del hohlraum que funcionan en las simulaciones por ordenador parece que no tienen éxito en la instalación real; hasta donde me consta nadie conoce el porqué. A pesar de ello yo no veo ningún inconveniente en esta tecnología per se.

      Quizás NIF no pueda lograr Q=1, como le pasó a JET. Como bien sabes, se espera que ITER logre Q=10 (nadie duda de que logre Q > 1). Quizás haya que esperar a otras instalaciones láser, como las de «ignición rápida» del europeo HiPER y del japonés FIREX (por desgracia, ambos proyectos están parados y no sé si serán retomados con la fuerza política necesaria). Yo no descartaría la energía de fusión por confinamiento inercial mediante láser.

  1. Hola Francis

    Ya se que hablaste sobre Sparc, segun ellos lograra Q mayor a 1 y hasta Q igual a 10 en los 2030s. Dicen que aunque tenga menor tamaño que ITER lo lograran con los nuevos imanes superconductores con campos magnaticos de 12 T en cambio iter tienen 6 T, Es posible segun vos no? por que?

    1. Mariana, las simulaciones por ordenador de 2018 dicen que SPARC logrará Q = 2; también decían en 1982 que JET lograría Q = 1, pero JET solo logró Q = 0.67 en 1997. ¿Logrará SPARC la ignición con Q=1 algún día? Yo lo dudo mucho. De hecho, la construcción aún no ha empezado (todavía está en fase de diseño de ingeniería, https://doi.org/10.1088/1741-4326/ac1654, https://doi.org/10.1017/S0022377820001257). Seguro que has leído que dicen que les gustaría que estuviera construido en 2025. Pero ¿estará construido antes de 2030? Yo lo dudo mucho.

      SPARC necesitará estudiar el plasma de deuterio durante muchos años para entenderlo bien. ¿Se comportará el plasma como dicen las simulaciones por ordenador? Yo lo dudo mucho. ¿Se intentará la fusión D+T en SPARC en algún momento durante la década de los 2030? La verdad, yo lo dudo mucho.

      Obviamente, espero estar completamente equivocado.

      [PS] Mariana, preguntabas el porqué y olvidé contestarlo. El gran problema de los tokamaks con una cavidad pequeña son las inestabilidades del plasma asociadas a la geometría interior de la vasija y a la geometría de los campos magnéticos que confinan el plasma (que está en régimen turbulento); hasta ahora nadie sabe predecir mediante simulaciones por ordenador qué inestabilidades aparecerán en un nuevo tokamak. Por ello, los primeros diez años (como mínimo) de experimentación en un nuevo tokamak se dedican a estudiar estas inestabilidades y a desarrollar técnicas para evitar sus efectos perniciosos. Solo si se logra superar con éxito esta fase se puede iniciar la inyección de combustible para intentar lograr la ignición. A día de hoy nadie puede garantizar que SPARC superará con éxito la primera fase; así que nadie puede asegurar que algún día se inyecte combustible en este tokamak. Lo siento, pero es iluso pretender que, tras la inyección del primer plasma y unos pocos años de experimentación, se podrá inyectar combustible y buscar la ignición. [/PS]

    1. Vicente, no hay mucho que contar sobre la fusión aneutrónica p-¹¹B (protón contra boro-11) de Tri-Alpha Energy (TAE) Technologies en su estado actual. Estuve tentado de escribir algo, pero al final no lo hice, sobre las simulaciones por ordenador que se publicaron en 2018 en Nature Physics (https://doi.org/10.1038/s41567-018-0389-0). La verdad, los resultados de C-2W (Norman) fueron pobres y tienen poca chicha que contar. Si logran construir su sucesor, Copernicus, quizás comente sus primeros resultados sobre plasmas (no pretenden hacer fusiones protón-boro-11, ni siquiera fusiones deuterio-tritio, solo lo usarán para estudiar el plasma de deuterio en su configuración); la pena es que no habrá resultados hasta 2030, como pronto. Ojalá logren financiación adicional a destajo para tener resultados antes, pero por ahora no lo veo posible.

    1. Gerardo, en Wendelstein 7-X se sigue estudiando el plasma y su control; se publican decenas de artículos científicos todos los años, pero ninguno presenta un hito que merezca la pena reseñar en este blog. Ya acabó la primera fase de operación (OP1) entre 2015 y 2018, con OP1.1 en 2016, OP1.2a en 2017 y OP1.2b en 2018; la siguiente fase (OP2) se iniciará a finales de 2022. En OP2 se pretende lograr un almacenamiento del plasma de hasta 30 minutos (la llamada descarga del plasma). Si lo logran habrá pieza en este blog.

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