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El lunes 5 de diciembre, alrededor de la 1 a. m., una pequeña esfera de combustible de deuterio-tritio rodeada por una caja cilíndrica de oro llamada hohlraum fue atacada por 192 láseres en la Instalación Nacional de Ignición (NIF) en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) en California. En mil millonésimas de segundo, los láseres se dispararon, generando rayos X dentro de la caja dorada y provocando la implosión de la esfera de combustible.
Esa mañana, por primera vez, los láseres entregaron 2,1 megajulios de energía y produjeron 3,15 megajulios a cambio, logrando una ganancia de energía de fusión histórica de más de 1, un resultado verificado por herramientas de diagnóstico desarrolladas por el Centro de Fusión y Ciencia del Plasma del MIT ( PSFC). El uso de estas herramientas y su importancia fueron mencionados por Arthur Pak, un científico del LLNL que habló en un evento de prensa del Departamento de Energía de EE. UU. el 13 de diciembre para anunciar el éxito del NIF.
Johan Frenje, jefe de la División de Física de Alta Densidad de Energía de PSFC, señala que este paso «tendrá profundas implicaciones para la investigación de fusión de laboratorio en general».
Desde finales de la década de 1950, investigadores de todo el mundo han buscado la ignición por fusión y la ganancia de energía en un laboratorio, viéndolo como uno de los grandes desafíos del siglo XXI. La ignición solo se puede lograr cuando el poder de calentamiento interno de la fusión es lo suficientemente alto como para superar los procesos físicos que enfrían el plasma de fusión, creando un bucle de retroalimentación termodinámica positiva que aumenta muy rápidamente la temperatura del plasma. En el caso de la fusión por confinamiento inercial, el método utilizado en NIF, la ignición puede iniciar una «propagación de la combustión del combustible» en el combustible circundante denso y frío y, cuando se realiza correctamente, permitir una ganancia de energía de fusión.
Frenje y su división PSFC diseñaron originalmente docenas de sistemas de diagnóstico que se han implementado en NIF, incluido el espectrómetro de neutrones de retroceso magnético (MRS), de vital importancia, que mide el espectro de energía de los neutrones, los datos a partir de los cuales se produce la fusión, la temperatura de iones de plasma y Se puede determinar la compresión de temperatura esférica de las pastillas de combustible («densidad de combustible por área»). Supervisado por la científica investigadora del PSFC Maria Gatu Johnson desde 2013, el MRS es uno de los dos sistemas NIF en los que se confía para medir el rendimiento absoluto de neutrones del experimento del 5 de diciembre debido a su capacidad única para interpretar con precisión las señales de neutrones de una implosión.
“Antes de que se pudiera hacer el anuncio de este logro histórico, el equipo de LLNL quería esperar hasta que María hubiera analizado los datos de MRS a un nivel adecuado para determinar el rendimiento de la fusión”, dice Frenje.
La respuesta del MIT al anuncio del NIF fue entusiasta y esperanzadora. “Es el tipo de avance que enciende la imaginación”, dice la Vicepresidenta de Investigación Maria Zuber, “que nos recuerda la maravilla del descubrimiento y las posibilidades del ingenio humano. Aunque tenemos un camino largo y difícil por delante antes de que la fusión pueda entregar energía limpia a la red eléctrica, debemos encontrar muchas razones para el optimismo en el anuncio de hoy. La innovación científica y tecnológica tiene un gran poder y promete abordar algunos de los mayores desafíos del mundo, incluido el cambio climático.
Frenje también agradece al resto del equipo de la División de Física de Alta Energía del PSFC, al Laboratorio de Energía Láser de la Universidad de Rochester, LLNL y a otros colaboradores por su apoyo y participación en esta investigación, así como a la Administración Nacional de Seguridad Nuclear del Departamento de Energía, que ha financiado gran parte de su trabajo desde principios de la década de 1990. También está orgulloso de la cantidad de doctorados del MIT generados por la división de física de alta energía y posteriormente contratados por LLNL, incluido el líder experimental de este experimento, Alex Zylstra. Doctorado ’15.
“Es realmente un esfuerzo de equipo”, dice Frenje. «Sin el diálogo científico y el vasto know-how de la división HEDP, las contribuciones esenciales realizadas por el sistema MRS no se habrían producido».
