El láser de 192 haces de la National Ignition Facility de California apuntó a un cilindro que contenía una diminuta cápsula de combustible de diamante a la 1:03 de la madrugada del lunes 5 de diciembre.
La fuente de energía del Sol, la reacción de fusión, fue provocada por esa intensa ráfaga de luz láser, que también produjo temperaturas y presiones extremadamente altas.
La Instalación Nacional de Ignición (NIF), una división del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, había realizado experimentos similares en el pasado, pero esta vez la producción de energía de la reacción superó la potencia del láser utilizado para iniciarla.
El objetivo es construir algún día centrales eléctricas que utilicen una reacción de fusión para producir un excedente de electricidad libre de carbono. Los científicos llevan décadas trabajando para conseguirlo. Mientras tanto, aún queda mucho trabajo por hacer en esta tecnología.
Una parte importante de la NIF es una cápsula de diamante sintético del tamaño de un grano de pimienta que contiene el combustible. Para llevar a cabo con éxito un experimento de fusión, las características de esa cápsula esférica son esenciales.
Cualquier imperfección en la esfera podría sabotear la reacción, por lo que debe ser impecablemente lisa y estar libre de contaminantes.
Sin embargo, esas esferas de intrincado diseño no se fabrican en California. Son el resultado final de muchos años de trabajo de Diamond Materials, una empresa con sede en Friburgo, Alemania.
Además de Eckhard Wörner, Christoph Wild es el director general de Diamond Materials. Afirma que "las exigencias a las cápsulas [esféricas] son muy altas".
Para minimizar defectos como impurezas, cavidades o paredes irregulares, trabajamos en estrecha colaboración con Lawrence Livermore. "
La deposición química de vapor es el método utilizado por el equipo de 25 personas de Diamond Materials para crear diamante sintético.
Cada lote de 20-40 cápsulas tarda unos dos meses en fabricarse, y se ensamblan minuciosamente superponiendo diminutos cristales de diamante alrededor de un núcleo de carburo de silicio y puliéndolos después repetidamente.
Durante el proceso de desarrollo, descubrieron que incluso el pulido más meticuloso era insuficiente porque la superficie estaba picada y era irregular a nivel microscópico.
Juntos con los equipos del LLNL, acabaron aprendiendo a esmaltar una cápsula pulida con una capa completamente nueva de cristales de diamante para producir el acabado transparente de espejo deseado.
Tecnología empresarial adicional.
Cuando las cápsulas de diamante se entregan al LLNL, se extrae el núcleo de silicio y se llena la esfera hueca con deuterio y tritio, dos formas pesadas de hidrógeno que impulsan la reacción de fusión.
Mike Farrell, vicepresidente de tecnología de fusión inercial de General Atomics, que es el mayor socio industrial de LLNL, explica que la pastilla de combustible tiene un cilindro de oro y uranio empobrecido que la rodea.
Un cilindro de aluminio sirve como tercera y última capa de la cápsula, y se utiliza para enfriar el interior antes de la reacción.
La óptica, es decir, todo lo que permite transmitir, detectar o utilizar la luz, representa otro campo tecnológico crucial para el NIF.
Como la NIF utiliza gran parte de esa tecnología para alimentar el láser más potente del mundo, los componentes ópticos sufren daños cada vez que se enciende la máquina.
Con el fin de perfeccionar y suministrar piezas de repuesto, así como escudos antidesechos y antiexplosiones, el NIF colabora estrechamente con fabricantes de óptica desde principios de la década de 1970, entre ellos Zygo Corporation y el fabricante de vidrio especializado SCHOTT.
El objetivo del NIF y de sus socios es seguir avanzando en la tecnología para reproducir y mejorar el exitoso experimento de diciembre.
Mike Farrell espera que este avance fomente el apoyo a más investigaciones. La percepción científica se vio alterada por el experimento. Siempre se había considerado que la ignición era casi inalcanzable y que sólo podría producirse dentro de 40 años. El resultado de diciembre fue sorprendente. "
Diamond Materials prevé tener más tiempo para dedicar a la investigación una vez de vuelta en Friburgo. Según el Sr. Wild, "Alrededor del 20% de nuestro equipo se dedica a la investigación, y los dos directores generales somos también físicos".
"La investigación al nivel que producimos requiere muchos recursos, por lo que no hay que descuidar la producción. En consecuencia, es probable que el equipo siga ampliándose. Al fin y al cabo, los productos del mañana son el resultado de la investigación de hoy. ".
Equipos de todo el mundo intentan frenéticamente construir una central de fusión funcional, empleando diversas estrategias. Sin embargo, harán falta muchos años y numerosas inversiones multimillonarias.
Según el Sr. Farrell, el hito del NIF del año pasado probablemente impulsará la industria: "La financiación gubernamental y empresarial puede ser más sencilla de conseguir ahora que se ha demostrado que el encendido es factible. "
Esta inversión será necesaria para superar los importantes retos de ingeniería que plantea la construcción de una central eléctrica operativa, entre los que destaca la búsqueda de materiales que puedan soportar la elevada energía liberada durante el proceso de fusión.
Sin embargo, Farrell se apresura a señalar lo rápido que pueden acelerarse los avances tras el descubrimiento inicial.
"Los ingenieros toman el timón una vez que se han demostrado los primeros principios, como acabamos de hacer, para determinar cómo lograrlo de forma repetible"
"Recordemos que el primer vuelo de los hermanos Wright fue en 1903, y el primer vuelo supersónico se realizó en la década de 1950. Pueden cambiar muchas cosas en unos 40 años.
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