Fusión por confinamiento inercial
La fusión por confinamiento inercial ( ICF ) es un programa de investigación de energía de fusión que inicia reacciones de fusión nuclear al comprimir y calentar objetivos llenos de combustible termonuclear. En las máquinas modernas, los objetivos son pequeños gránulos esféricos del tamaño de la cabeza de un alfiler que normalmente contienen una mezcla de unos 10 miligramos de deuterio 2 H y tritio 3 H.
Para comprimir y calentar el combustible, la energía se deposita en la capa exterior del objetivo utilizando haces de fotones , electrones o iones de alta energía , aunque casi todos los dispositivos ICF a partir de 2020 [actualizar]utilizan láseres. Los rayos calientan la capa exterior, que explota hacia afuera. Esto produce una fuerza de reacción contra el resto del objetivo, que lo acelera hacia adentro y comprime el combustible. Este proceso también crea ondas de choque que viajan hacia adentro a través del objetivo. Las ondas de choque lo suficientemente potentes pueden comprimir y calentar el combustible en el centro de modo que se produzca la fusión.
ICF es una de las dos ramas principales de la investigación de la energía de fusión, la otra es la fusión por confinamiento magnético . Cuando se propuso públicamente por primera vez a principios de la década de 1970, ICF parecía ser un enfoque práctico para la producción de energía y el campo floreció. Los experimentos durante las décadas de 1970 y 1980 demostraron que la eficiencia de estos dispositivos era mucho más baja de lo esperado y que alcanzar la ignición no sería fácil. A lo largo de las décadas de 1980 y 1990, se realizaron muchos experimentos para comprender la compleja interacción de la luz láser de alta intensidad y el plasma . Estos llevaron al diseño de máquinas más nuevas, mucho más grandes, que finalmente alcanzarían energías de ignición.
El experimento ICF operativo más grande es la Instalación Nacional de Ignición (NIF) en los EE. UU. En 2021, un "disparo" de prueba alcanzó el 70% de la energía aplicada, superando ligeramente los mejores resultados de las máquinas magnéticas establecidas en la década de 1990. [1]
Las reacciones de fusión unen átomos más pequeños para formar otros más grandes. Esto ocurre cuando dos átomos (o iones, átomos despojados de sus electrones) se acercan lo suficiente como para que la fuerza nuclear los junte. Los núcleos atómicos tienen carga positiva y, por lo tanto, se repelen entre sí debido a la fuerza electrostática . Superar esta repulsión para acercar los núcleos lo suficiente requiere un aporte de energía cinética, conocida como barrera de Coulomb o energía de barrera de fusión . [2]
Se necesita menos energía para hacer que los núcleos más ligeros se fusionen, ya que tienen menos carga eléctrica y, por lo tanto, una energía de barrera más baja. Esto significa que la barrera es más baja para el hidrógeno. Por el contrario, la fuerza nuclear aumenta con el número total de núcleos, por lo que los isótopos de hidrógeno con neutrones adicionales reducen aún más la energía requerida. El combustible más fácil de usar para la producción de fusión es la combinación de deuterio , 2 H, y tritio , 3 H. Esta combinación se conoce como DT. [2]
- Los rayos láser o los rayos X producidos por láser calientan rápidamente la superficie del objetivo de fusión, formando una envoltura de plasma circundante.
- El combustible se comprime por la explosión similar a un cohete del material de la superficie caliente.
- Durante la parte final de la implosión de la cápsula, el núcleo de combustible alcanza 20 veces la densidad del plomo y se enciende a los 100 000 000 ˚C.
- La combustión termonuclear se propaga rápidamente a través del combustible comprimido, produciendo muchas veces la energía de entrada.
