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Soles Sintéticos

Enrique Ganem
Por Enrique Ganem

El desarrollo de cualquier idea científica produce resultados frecuentemente inesperados, enormes y absolutamente impredecibles, tanto por su magnitud como por el momento en el que ocurren.


Pasión por la ciencia

Cuando Darwin publicó su libro más famoso (escribió otros y la mayoría son sumamente deliciosos... recuerde que Darwin era un teólogo profesional y un científico amateur) mucha gente pensó que la Teoría de la Evolución serviría principalmente para ajustar la clasificación de especies que, en la mayoría de los casos, nadie vería y para resolver otras cuestiones académicas especializadas.

Una de las condiciones de la nueva teoría de Darwin tuvo un resultado muy trascendente, a largo plazo, que nadie pudo anticipar.

La nueva idea exigía un mundo viejo: para que la evolución pueda generar nuevas especies, normalmente se necesitan miles de años, y para explicar la enorme diversidad de la vida, no bastaban los 10 millones de años que los físicos más aventurados suponían que habían transcurrido desde el inicio del Sistema Solar.

Para poder explicar el terrible torrente de energía que cada segundo llega del Sol (y del que solamente le toca a la Tierra la 2,000 millonésima parte del total) era necesario buscar un fenómeno natural de generarla.

Más tarde, durante la primera mitad del siglo XX, quedó claro que se puede obtener una cantidad fabulosa de energía rompiendo átomos “grandes” (es decir, los que tienen muchas partículas en su centro, como en el caso del uranio, que puede tener entre 232 y 238 partículas); un pedazo de uranio 235 puro más pequeño que la uña de un pulgar puede generar más energía que la combustión de casi 4 barriles de petróleo (la cantidad puede ser mucho mayor si cambia el diseño del reactor... algo no muy recomendable que digamos).

Desde entonces, los ingenieros buscan la manera de desarrollar un reactor de fusión que pueda generar energía en forma estable.

Casi al mismo tiempo en el que se desarrollaban las armas nucleares, el trabajo de uno de los científicos del Proyecto Manhattan reveló algo estremecedor: si en lugar de romper átomos “pesados”, se logran unir átomos “ligeros” (como el hidrógeno, que solo tiene una partícula en su núcleo), la cantidad de energía liberada por un solo gramo de material puede ser miles de veces superior a la de la fisión del uranio.

Pocos años después del final de la Segunda Guerra Mundial, en 1954, fue detonada la primera arma termonuclear (que genera casi la totalidad de su energía fundiendo átomos de hidrógeno). El resultado fue horripilante, incluso para sus diseñadores; una terrible bola de fuego del tamaño de una gran ciudad se levantó rápidamente por el cielo, acompañada de un destello de calor que habría matado a una persona a más de 20 kilómetros de distancia. Una ciudad grande, como la de México, habría sido casi completamente aniquilada.

 

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Modelos de energía controlada

A diferencia de lo que ocurre con los reactores de fisión, que usan átomos “pesados”, los reactores de fusión todavía no pasan de la etapa experimental; en los mejores casos, solo se ha logrado generar el proceso por pocos segundos, y la energía generada es menor que la empleada para poner a funcionar el reactor (en palabras más normales, todavía sale más caro el caldo que las albóndigas).

Desde hace años, los diseñadores trabajan con dos diseños generales que pretenden conseguir la fusión nuclear controlada. El primer diseño involucra a un reactor en forma de una dona hueca; en su interior existen imanes poderosos y algo parecido a un horno de microondas. El gas es introducido en su interior y es calentado hasta alcanzar una temperatura de más de 200 millones de grados centígrados; para evitar que ese material supercaliente toque las paredes internas del recipiente, los imanes son activados y controlados por una computadora. Este sistema de “embotellamiento magnético” es el más popular.

En el caso del segundo modelo, solo se ha construido un ejemplar. La idea es la de dejar caer pequeñas esferitas (más pequeñas que una canica) en el interior del reactor (una esfera hueca con un par de centenares de ventanas especiales). Cuando la esfera pasa por el centro geométrico exacto, un poderoso pulso láser, dividido en 192 haces, entra por las ventanas y golpea simultáneamente las orillas de la esfera. Este impacto luminoso genera un poderoso impulso, casi como un martillazo titánico. La esfera literalmente es comprimida en forma violenta, pero perfectamente simétrica. Justo en el momento de máxima compresión, otro láser diferente ilumina al centro de la esfera, y la calienta en forma extrema. Si todo funciona correctamente, el calor será suficiente para permitir la fusión del hidrógeno de la esferita (que en realidad es una mezcla de dos forma más pesadas de hidrógeno, llamadas “deuterio” y “tritio”, que se funden con mayor facilidad que el hidrógeno “clásico”).

 

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El problema es que, a la fecha, las cosas no funcionan correctamente

El diseño del National Ignition Facility (Laboratorio Nacional de Ignición) es extraordinariamente complejo y espectacular (sirvió de set para las últimas dos películas de la serie Star Trek); la superficie total de todos los edificios involucrados es de muchos miles de metros cuadrados. En una instalación así hay muchas cosas que pueden funcionar mal, pero el problema que realmente ha detenido casi totalmente el progreso de este proyecto mide solo 2 milímetros de diámetro.

Las pequeñas esferas llenas de deuterio y tritio deben estar enfriadas a una temperatura de 255 grados centígrados bajo cero y deben ser lo más perfectas posible. El destello que las comprime debe golpearlas con exactitud; un error de unas pocas millonésimas de segundo puede echar a perder el proceso y lo mismo ocurre con el pulso que debe calentar a la esfera comprimida.

Los científicos e ingenieros han logrado reducir estos errores hasta eliminarlos casi por completo, pero aún no han logrado conseguir que el combustible de las esferitas libere más energía que la necesaria para producir los pulsos de luz que las comprime y calienta.

El problema parece estar en el segundo pulso de luz; para que este proceso funcione es necesario hacer llegar el destello hasta el centro mismo de la esfera justo en el momento en el que el primer pulso ha logrado comprimirla al máximo y aparentemente una parte importante de la energía del segundo pulso se pierde antes de llegar al centro de la esfera.

Hasta hace poco, esta explicación era solo una especulación... no existía forma alguna de ver con precisión lo que le ocurría a la esfera durante las pocas millonésimas de segundo que transcurren entre que es comprimida por el primero pulso y es calentada por el segundo. Además del diminuto volumen de la esfera y la tremenda temperatura que alcanza (de muchos millones de grados centígrados), no existe forma de colocar un sensor que pueda medir este proceso y sobrevivir.

 

Avances para medir la reacción

Recientemente, un grupo de científicos de la Universidad de California en San Diego logró encontrar la manera de medir con exactitud lo que ocurre en el brevísimo tiempo de la implosión de la esferita y para ello usaron un elemento químico común. En las nuevas esferas experimentales, la superficie de plástico está contaminada cuidadosamente con partículas de cobre. Cuando la esfera es comprimida y alcanza una temperatura muy elevada, los átomos de deuterio y tritio sueltan a sus electrones y comienzan a moverse a una velocidad enorme. Al chocar contra las partículas de cobre de la superficie, estas partículas emiten rayos X de un color muy peculiar.

Antes de seguir, déjeme recordarle que, así como existen distintos colores de luz visible, también existen distintos colores de otras formas invisibles de luz (por ejemplo, en el caso de las ondas de radio, los distintos “colores” son las distintas frecuencias que sintoniza en su radioreceptor). Cuando el cobre se calienta a una temperatura fabulosa, emite rayos X muy característicos, y resulta relativamente fácil construir un detector que pueda ver su trayectoria durante todo el proceso de compresión.

Así como existen distintos colores de luz visible, también existen distintos colores de otras formas invisibles de luz.

La nueva técnica ha revelado ya varios pequeños detalles en la forma en la que son emitidos los pulsos láser, su duración y otros asuntos. Estos ajustes han aumentado al cuádruple la cantidad de energía que el segundo pulso puede depositar en el corazón de la esferita.

En los meses por venir, esta técnica permitirá ajustar en una forma cada vez más precisa el proceso. De pronto, varios equipos de trabajo diferentes (responsables por el diseño de los emisores láser, la estructura de las esferitas y muchos otros aspectos) lograrán resolver problemas técnicos que han retrasado su progreso por meses o años enteros.

En los próximos años, esta y otras técnicas similares probablemente destrabarán el proceso de desarrollo de los reactores nucleares de fusión. Cuando esto ocurra, un solo reactor podría -cuando menos en principio- generar suficiente energía para alimentar a millones de hogares; un país como México podría funcionar con un puñado de estos dispositivos. A esto hay que agregar que el combustible para estos reactores se encuentra con facilidad en una cubeta de agua (no hay que hacer minas ni gastar millones de dólares en el proceso de refinación) y en ningún momento el material empleado puede ser usado para hacer armas de destrucción masiva; finalmente, el reactor prácticamente no produce radioactividad y no genera residuos peligrosos.

En este siglo, sea por el progreso de la fusión nuclear o por el de las fuentes de energía verde ya existentes, como las fotoceldas, veremos cómo se desvanecen muchos de los fantasmas del siglo XX; como las guerras ocasionadas por el petróleo, la contaminación excesiva o la deformación del mercado mundial por los precios del petróleo.

Esperemos que con la ayuda de esta tecnología, encontremos la sabiduría para crear un mundo más limpio y decente para todos.

 

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