ignición por fusión

La ignición de la fusión es el punto en el que una reacción de fusión nuclear se vuelve autosostenible . Esto ocurre cuando la energía liberada por la reacción calienta la masa de combustible más rápidamente de lo que se enfría. En otras palabras, la ignición de la fusión es el punto en el que el auto calentamiento creciente de la fusión nuclear elimina la necesidad de calentamiento externo. ^{[ 1 ]} Esto se cuantifica mediante el criterio de Lawson . ^{[ 2 ]} La ignición también puede definirse mediante el factor de ganancia de energía de fusión . ^{[ 3 ]}

En el laboratorio , la ignición de fusión definida por el criterio de Lawson se logró por primera vez en agosto de 2021, ^{[ 4 ]} y la ignición definida por el factor de ganancia de energía se logró en diciembre de 2022, ^{[ 5 ] [ 6 ]} ambas por la Instalación Nacional de Ignición de EE. UU .

La ignición no debe confundirse con el punto de equilibrio , un concepto similar que compara la energía total liberada con la energía utilizada para calentar el combustible. La diferencia clave radica en que el punto de equilibrio ignora las pérdidas al entorno, que no contribuyen al calentamiento del combustible y, por lo tanto, no son capaces de mantener la reacción de forma autosostenible. El punto de equilibrio es un objetivo importante en el campo de la energía de fusión , pero la ignición es necesaria para un diseño práctico de producción de energía. ^{[ 7 ]}

En la naturaleza, las estrellas alcanzan la ignición a temperaturas similares a la del Sol , alrededor de 15 millones de kelvin (27  millones de grados Fahrenheit). Las estrellas son tan grandes que los productos de la fusión casi siempre interactúan con el plasma antes de que su energía se pierda en el entorno exterior. En comparación, los reactores artificiales son mucho menos densos y mucho más pequeños, lo que permite que los productos de la fusión escapen fácilmente del combustible. Para compensar esto, se requieren tasas de fusión mucho más altas y, por lo tanto, temperaturas mucho más altas; la mayoría de los reactores de fusión artificiales están diseñados para funcionar a temperaturas superiores a 100 millones de kelvin (180  millones de grados Fahrenheit). ^{[ 8 ]}

La ignición por fusión fue lograda por primera vez por humanos en los núcleos de armas termonucleares detonantes . Un arma termonuclear utiliza una "chispa" de fisión convencional ( U-235 o Pu-239 / 241 ) para generar altas presiones y comprimir una barra de combustible de fusión (generalmente deuteruro de litio ). El combustible alcanza presiones y densidades lo suficientemente altas como para encenderse, liberando grandes cantidades de energía y neutrones en el proceso. ^{[ 9 ]}

La Instalación Nacional de Ignición en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore realiza experimentos de fusión por confinamiento inercial impulsados ​​por láser que logran la ignición por fusión. Esto es similar a un arma termonuclear, pero la Instalación Nacional de Ignición utiliza un sistema láser de 1,8 MJ en lugar de un arma de fisión para comprimir el combustible, y utiliza una cantidad mucho menor de combustible (una mezcla de deuterio y tritio , que son ambos isótopos de hidrógeno ). ^{[ 10 ]} En enero de 2012, el director de la Instalación Nacional de Ignición, Mike Dunne, predijo en una charla plenaria de Photonics West 2012 que la ignición se lograría en NIF para octubre de 2012. ^{[ 11 ]} Para 2022, NIF había logrado la ignición.

Basado en el diseño del reactor tokamak , el ITER está diseñado para mantener la fusión principalmente mediante calentamiento interno por fusión y generar en su plasma un retorno de energía diez veces mayor. ^{[ 12 ]} Se espera que la construcción esté terminada en 2025.

Los expertos creen que lograr la ignición por fusión es el primer paso hacia la generación de electricidad utilizando energía de fusión . ^{[ 13 ]}

La Instalación Nacional de Ignición del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California informó en 2021 ^{[ 14 ]} que había provocado la ignición en el laboratorio el 8 de agosto de 2021, por primera vez en los más de 60 años de historia del programa ICF. ^{[ 15 ] [ 16 ]} El disparo produjo 1,3 megajulios de energía de fusión, una mejora de 8 veces con respecto a las pruebas realizadas en la primavera de 2021. ^{[ 14 ]} La NIF estima que el láser suministró 1,9 megajulios de energía, de los cuales 230 kilojulios llegaron a la cápsula de combustible. Esto corresponde a una ganancia total de energía científica de 0,7 y una ganancia de energía de la cápsula de 6. ^{[ 14 ]} Si bien el experimento no alcanzó la ignición según la definición de la Academia Nacional de Ciencias (una ganancia total de energía mayor que uno), la mayoría de las personas que trabajan en el campo consideraron el experimento como la demostración de la ignición según el criterio de Lawson. ^{[ 14 ]}

En agosto de 2022, los resultados del experimento fueron confirmados en tres artículos revisados ​​por pares: uno en Physical Review Letters y dos en Physical Review E. [ ^{17 ] A} lo largo de 2022, los investigadores del NIF intentaron replicar el resultado de agosto, sin éxito. ^{[ 18 ]} Sin embargo, el 13 de diciembre de 2022, el Departamento de Energía de los Estados Unidos anunció a través de Twitter que un experimento realizado el 5 de diciembre había superado el resultado de agosto, logrando una ganancia científica de 1,5, ^{[ 19 ] [ 20 ]} superando la definición de ignición de la Academia Nacional de Ciencias. ^{[ 3 ]}

• Plasma ardiente
• Fusión por confinamiento inercial
• Láser de megajulios
• Cronología de la fusión nuclear

• Instalación Nacional de Ignición
• Láser Megajulio (en francés)