Tras décadas de investigación de la fusión por confinamiento inercial, el LLNL obtuvo un rendimiento de 1,3 megajulios el 8 de agosto de 2021, umbral de ignición científica y ganancia de energía

En el primer aniversario de este logro histórico, los resultados científicos de este experimento récord se publican en tres artículos revisados por pares: uno en Physical Review Letters y dos en Physical Review E. Más de 1.000 autores están incluidos para reconocer y agradecer a las muchas personas que han trabajado durante muchas décadas para permitir este avance significativo.

“El disparo récord fue un gran avance científico en la investigación de la fusión, que establece que la ignición de la fusión en el laboratorio es posible en el NIF –la National Ignition Facility, ubicada en el Lawrence Livermoore National Laboratory (LLNL) de EEUU–“, dijo en un comunicado Omar Hurricane, científico jefe del programa de fusión por confinamiento inercial del LLNL.

“Lograr las condiciones necesarias para la ignición ha sido un viejo objetivo para todas las investigaciones de fusión por confinamiento inercial y abre el acceso a un nuevo régimen experimental en el que el autocalentamiento de partículas alfa supera a todos los mecanismos de enfriamiento en el plasma de fusión”.

Los documentos describen, en detalle, los resultados del 8 de agosto de 2021 y el diseño asociado, las mejoras y las mediciones experimentales. El físico del LLNL Alex Zylstra, experimentador principal y primer autor del artículo experimental de Physical Review E, señaló que en 2020 y principios de 2021 el laboratorio realizó experimentos en el régimen de “plasma ardiente” por primera vez, lo que sentó las bases para el récord.

“A partir de ese diseño, hicimos varias mejoras para llegar a la toma del 8 de agosto de 2021”, dijo. “Las mejoras en el diseño físico y la calidad del objetivo contribuyeron al éxito del disparo de agosto, que se analiza en los artículos de Physical Review E”.

Este experimento incorporó algunos cambios, incluido un diseño de objetivo mejorado. “Reducir el tiempo de inercia con hohlraums más eficientes en comparación con los experimentos anteriores fue clave para moverse entre los regímenes de combustión de plasma y de ignición”, dijo la física del LLNL Annie Kritcher, diseñadora principal y primera autora del otro artículo de Physical Review E. “Los otros cambios principales fueron la calidad mejorada de la cápsula y un tubo de llenado de combustible más pequeño”.

Desde el experimento, el equipo ha estado ejecutando una serie de experimentos para intentar repetir el rendimiento y comprender las sensibilidades experimentales en este nuevo régimen.

“Muchas variables pueden afectar cada experimento”, dijo Kritcher. “Los 192 rayos láser no funcionan exactamente igual de un disparo a otro, la calidad de los objetivos varía y la capa de hielo crece con una rugosidad diferente en cada objetivo. Estos experimentos brindaron la oportunidad de probar y comprender la variabilidad inherente en este nuevo y sensible régimen experimental”.

Si bien los intentos repetidos no alcanzaron el mismo nivel de rendimiento de fusión que el experimento de agosto de 2021, todos demostraron una ganancia de cápsula superior a la unidad con rendimientos en el rango de 430-700 kJ, significativamente más alto que el rendimiento más alto anterior de 170 kJ de febrero de 2021. Los datos obtenidos de estos y otros experimentos brindan pistas cruciales sobre qué salió bien y qué cambios se necesitan para repetir ese experimento y superar su rendimiento en el futuro.

El equipo también está utilizando los datos experimentales para comprender mejor los procesos fundamentales de ignición y combustión por fusión y para mejorar las herramientas de simulación en apoyo de la administración de las reservas.

De cara al futuro, el equipo está trabajando para aprovechar los datos experimentales acumulados y las simulaciones para avanzar hacia un régimen más sólido, más allá del acantilado de ignición, donde las tendencias generales encontradas en este nuevo régimen experimental pueden separarse mejor de la variabilidad en los objetivos y el rendimiento del láser.

Se están realizando esfuerzos para aumentar el rendimiento y la robustez de la fusión a través de mejoras en el láser, mejoras en los objetivos y modificaciones en el diseño que mejoran aún más el suministro de energía al punto de acceso mientras mantienen o incluso aumentan la presión del punto de acceso. Esto incluye mejorar la compresión del combustible de fusión, aumentar la cantidad de combustible y otras vías.

“Es extremadamente emocionante tener una ‘prueba de existencia’ de ignición en el laboratorio”, dijo Hurricane. “Estamos operando en un régimen al que ningún investigador ha accedido desde el final de las pruebas nucleares, y es una oportunidad increíble para expandir nuestro conocimiento a medida que continuamos progresando”.

Fuente: EP