Cada vez hay más empresas intentando alcanzar el elusivo santo grial de la energía limpia: la fusión nuclear. Una de las que promete conseguirlo a bajo coste es First Light Fusion con su proyectil de tungsteno.

Disparo récord. La startup británica ha avanzado este año en su camino hacia la fusión nuclear disparando una máquina de pulso electromagnético de 80 billones de vatios, la más potente del mundo, a una presión sin precedentes.

First Light ya fue en su momento la primera empresa privada en disparar la Máquina Z del Laboratorio Nacional de Sandia, en Estados Unidos. Gracias a su tecnología amplificadora, la empresa ha conseguido hacerlo ahora a una presión de 1,85 terapascales, batiendo el récord anterior de 1,5 terapascales y demostrando que el pulso puede generar las condiciones extremas necesarias para la fusión.

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La búsqueda de la fusión nuclear simple y barata está en marcha, y estas dos estrategias son muy prometedoras

Un poco de contexto. La fusión nuclear es la misma reacción que alimenta a las estrellas, en la que los átomos de hidrógeno se fusionan para formar helio, liberando una inmensa cantidad de energía.

Lograr este proceso en la Tierra ha obsesionado a científicos e ingenieros de todo el mundo durante décadas, ya que desbloquearía una fuente de energía limpia y prácticamente ilimitada. Pero, hasta ahora, la complejidad y el coste de los métodos tradicionales, que utilizan láseres y potentes campos magnéticos, han sido grandes obstáculos.

El proyectil de First Light. La estrategia que ha elaborado First Light Fusion, basada en el confinamiento inercial de plasma, es lanzar un proyectil de tungsteno a una velocidad muy alta para que colisione con una cápsula de deuterio alojada en el interior de una cámara de vacío.

La velocidad a la que se desplaza el proyectil debe ser lo suficientemente alta para que la energía del impacto provoque la implosión de la cápsula de combustible y la reacción de fusión entre los átomos de deuterio, un isótopo del hidrógeno, tenga lugar.

Ventajas y problemas de esta estrategia. El método de First Light evita los complejos láseres e imanes de los reactores de fusión por confinamiento magnético, así como su alto coste energético, abriendo la puerta a una fusión más sencilla y barata.

Pero aunque estos avances sean significativos, la escalabilidad y sostenibilidad a largo plazo de la fusión por confinamiento inercial están lejos de superarse. Para que el sistema de First Light sea viable tiene que ser capaz de lanzar un proyectil cada 30 segundos que sostenga la reacción de fusión a lo largo del tiempo, algo que están lejos de conseguir.

Imagen | First Light Fusion

En Xataka | Así es como la fusión nuclear mediante confinamiento inercial está manteniendo el pulso a la fusión por confinamiento magnético

La vida de una estrella está repleta de etapas fascinantes. Desde el momento en el que se consolida gracias a la contracción gravitacional de la materia diseminada en una nube de gas y polvo hasta que consume su combustible e inicia su ocaso, una estrella atraviesa muchas etapas. Algunas de ellas son relativamente apacibles, y otras, en cambio, son asombrosamente violentas. Y nuestro Sol no es una excepción.

El astro que nos baña con su energía no tiene la masa necesaria para poner fin a sus días bajo la forma de una supernova. Es una estrella con relativamente poca masa, por lo que terminará sus días expandiéndose y transformándose en una gigante roja, para, a continuación, expulsar sus capas más externas al medio estelar y permanecer en el espacio bajo la forma de una enana blanca.

No obstante, esto no significa que su vida esté siendo aburrida. Ni mucho menos. Incluso el comportamiento de las estrellas medianas y apacibles, como nuestro Sol, atraviesa periodos de gran actividad que pueden provocar que vierta al espacio una cantidad de energía superior a la habitual. Y en ocasiones lo hace de una forma abrupta, aunque no debemos alarmarnos porque incluso sus reacciones más 'agresivas' son coherentes con el comportamiento natural de una estrella.

Actualmente nuestro Sol se encuentra atravesando el ciclo solar 25, una etapa de alta actividad que, según los astrónomos, alcanzará su pico máximo a mediados de 2025. Cada una de estas etapas dura habitualmente entre 9 y 13 años, y suelen dar paso a fases caracterizadas por una actividad notablemente menor.

Lo curioso es que el ciclo actual está siendo más vigoroso de lo que los astrónomos habían previsto. De hecho, la NASA identificó el pasado 20 de abril una erupción solar de cierta intensidad (aunque no de las mayores observadas por los científicos). Los astrofísicos prevén que este ciclo durará aproximadamente once años, que es lo habitual, aunque comenzó hace tan solo dos años, por lo que aún le quedan muchos años de actividad por delante.

Entendiendo el latido estelar: qué sucede en el interior de nuestro Sol

El 'alma' de una estrella reside en su interior. Si queremos entender de dónde obtiene su energía y qué mecanismos le permiten mantenerse en equilibrio tenemos necesariamente que indagar en su física. No obstante, no tenemos por qué sentirnos intimidados; es posible comprender qué fenómenos tienen lugar en el núcleo estelar sin necesidad de recurrir a cálculos matemáticos. Los astrofísicos los utilizan, por supuesto, pero nosotros podemos sortearlos y, aun así, familiarizarnos con la física de las estrellas.

Como he mencionado unas líneas más arriba, las estrellas se forman gracias a la condensación de la materia procedente de una nube de polvo y gas mediante contracción gravitacional. No obstante, en realidad el instante en el que nace una nueva estrella es aquel en el que consigue acumular la masa necesaria para que se encienda el horno nuclear y se inicie en su núcleo la combustión de los núcleos de hidrógeno gracias a las reacciones de fusión nuclear.

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Durante esta etapa la estrella va consumiendo su reserva de hidrógeno y produciendo helio. Y por el camino libera una gran cantidad de energía. Un apunte interesante: este es el proceso que estamos intentando replicar en la Tierra gracias a los reactores experimentales de fusión nuclear, como ITER. Este es el mecanismo que está teniendo lugar actualmente en el interior del Sol. Se puso en marcha cuando la temperatura del núcleo de la estrella alcanzó los diez millones de grados centígrados, y se prolongará durante una parte de la vida de este astro conocida como secuencia principal.

En cualquier caso, el helio no es el único subproducto resultante de las reacciones de fusión nuclear. Ni mucho menos. A medida que se consume el hidrógeno la estrella se va reajustando, comprimiendo su núcleo e incrementando su temperatura, de manera que se dan las circunstancias necesarias para que comience la ignición del helio. O no. Dependerá de la masa de la estrella. En cualquier caso, el Sol solo ha consumido aproximadamente la mitad de su reserva de hidrógeno, por lo que tiene combustible para varios miles de millones de años más.

Hay un proceso fisicoquímico que destaca entre todos los que tienen lugar en el interior de una estrella. Y es, precisamente, el que la permite mantenerse en equilibrio hidrostático. La contracción gravitacional 'tira' de la materia de la estrella hacia su interior, de manera que si esta fuerza no fuese compensada el astro colapsaría y se comprimiría de una forma más o menos abrupta. Afortunadamente, si en el interior de la estrella se dan las condiciones necesarias para que la fusión de los núcleos de hidrógeno tenga lugar aparece una fuerza que es capaz de oponerse a la contracción gravitacional, compensándola.

Las estrellas se forman gracias a la acumulación de materia mediante contracción gravitacional procedente de las nubes de gas y polvo diseminadas por el cosmos. Esta imagen, tomada por el telescopio espacial Hubble, nos muestra una porción de la nebulosa de la Laguna, situada en la constelación de Sagitario.

Se trata de la presión de radiación y de los gases, que 'tira' de la materia de la estrella hacia afuera. Este es el mecanismo que está teniendo lugar ahora mismo en el interior del Sol, y gracias al que se mantiene en equilibrio. Para estudiar el comportamiento y prever la evolución de una estrella los astrofísicos cuentan con la ayuda de cuatro ecuaciones diferenciales que, a partir de la composición química inicial de una estrella y su masa, y con la ayuda de ordenadores muy potentes, nos permiten conocer con mucha precisión cómo va a ser su evolución y en qué momento llegará el colapso gravitacional.

Como hemos visto, nuestro Sol ha consumido aproximadamente la mitad del combustible que acumuló durante su formación, por lo que los astrofísicos prevén que la estabilidad que mantiene actualmente se prolongará entre 4600 y 5000 millones de años más. No está nada mal. Sin embargo, esto no significa que su día a día sea sosegado. Esta estrella, al igual que cualquier otra de las que discurren a lo largo de la secuencia principal, se está reajustando constantemente para mantenerse en equilibrio.

La energía liberada por la reacción de fusión que tiene lugar entre los núcleos de protio (este es el isótopo del hidrógeno más abundante en la naturaleza) de sus capas más internas, de su núcleo, va siendo transportada gracias a mecanismos en los que no es necesario que indaguemos hasta las capas más externas.

Y, como podemos intuir, tienen un reflejo en su superficie que, al fin y al cabo, es la parte de nuestra estrella que los astrónomos pueden observar con más facilidad. De hecho, una de las estrategias a las que recurren con más frecuencia para analizar el comportamiento del Sol consiste en contar las manchas solares y observar su evolución.

El ciclo solar 25 aún puede depararnos más emociones fuertes

Durante algunas fases puntuales de un ciclo de alta actividad como el actual el Sol puede liberar una cantidad mayor de materia y energía. Las partículas cargadas que emergen desde la corona solar, que es la capa más externa de la atmósfera solar, pueden llegar a la Tierra si son proyectadas en la dirección apropiada bajo la forma de un fenómeno natural conocido como viento solar. No obstante, este no es el único mecanismo que permite a una estrella expulsar materia hacia el medio estelar.

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Otro fenómeno con el que nos interesa estar familiarizados debido a que puede tener lugar durante los ciclos de alta actividad como el actual es la eyección de masa coronal, que no es otra cosa que la proyección de ondas de radiación electromagnética combinada con la expulsión de viento solar. Afortunadamente, podemos estar razonablemente tranquilos.

Y es que nuestro planeta cuenta con dos escudos muy valiosos que nos protegen tanto de la radiación solar como de la radiación cósmica que procede de más allá de la frontera de nuestro sistema solar: la atmósfera y el campo magnético terrestre. Este último se extiende desde el núcleo de la Tierra hasta más allá de la ionosfera, dando forma a una región conocida como magnetosfera capaz de desviar las partículas con carga eléctrica hacia los polos magnéticos del planeta. Este es el mecanismo que nos protege en gran medida tanto del viento solar como de los rayos cósmicos.

La puesta en marcha del «horno nuclear» provoca que las estrellas liberen enormes cantidades de energía. Mientras, los procesos de fusión nuclear se llevan a cabo en su interior, produciendo elementos químicos cada vez más pesados si la masa de la estrella es lo suficientemente elevada.

No obstante, esto no impide que algunos núcleos de alta energía choquen con las moléculas presentes en las capas más externas de la atmósfera, dando lugar a una lluvia de partículas menos energéticas y potencialmente menos peligrosas que ocasionalmente pueden llegar hasta la corteza terrestre. Esta es la razón por la que la atmósfera también ejerce un importantísimo efecto protector sobre nuestro planeta.

Los astrofísicos están haciendo un esfuerzo enorme para entender mejor el comportamiento de las turbulencias del plasma solar, y, además, cada vez cuentan con mejores instrumentos de observación y medida. Si se dan las condiciones necesarias para que una tormenta solar intensa afecte de forma directa a la Tierra mediante la emisión de un pulso electromagnético, podría provocar daños en nuestros equipos eléctricos y electrónicos. No es imposible que suceda, pero es relativamente poco probable, por lo que podemos estar razonablemente tranquilos. Al fin y al cabo, después de la tormenta siempre llega la calma.

Imágenes | NASA Goddard Space Flight Center

Pues si, que tiemblen los cacos si esta tecnología finalmente se implanta en nuestra sociedad. Y es que los coches de hoy en día integran tanta electrónica que un pulso electromagnético considerable podría detener cualquier coche fabricado desde mediados de los años 70 en un instante.

La compañía canadiense Eureka Aerospace ya ha demostrado como es capaz de hacerlo con su HPEMS, un sistema electromagnético de alta potencia integrado en un cañon, compuesto por una fuente de alimentación y una antena, que emite pulsos electromagnéticos para desactivar y detener un coche automáticamente a una distancia de hasta 200 metros sin peligro alguno para los ocupantes del vehículo.

Solo hay que echar un vistazo a este vídeo para comprobarlo:

Este cañón de pulsos electromagnéticos que ya está listo para presentarse oficialmente el mes que viene, de momento, es demasiado difícil de manejar para colocar en un vehículo policial, pero la idea es reducir el tamaño del dispositivo al de una pistola con la idea de que sea fácil de montar en helicópteros y coches de la policía y en vehículos militares, con la intención de poner fin a las persecuciones a alta velocidad, y detener a los suicidas o los delincuentes desde una distancia segura.

Esperemos que si algún día se implanta en la sociedad sepan ponerlas en buenas manos porque miedo me da esta tecnología si se usa con fines poco éticos.

Vía | dvice Más Información | Eureka Aerospace