En la madrugada del 15 de marzo pasado el Complejo Nacional de Ignición, ubicado en California, EE.UU. y dependiente del laboratorio Lawrence Livermore, uno de los centros de investigaciones nucleares más importantes del mundo, realizó el disparo láser más intenso de la historia. Según los datos, el dispositivo entregó alrededor de 1,87 megajoule de energía, equivalente a 1000 veces el consumo en un instante de toda la red eléctrica norteamericana y 100 veces más potente que cualquier otro láser en operaciones.

Si bien es verdad que una gran parte de la sociedad norteamericana vive obsesionada con el establecimiento de nuevas e insólitas marcas mundiales, en este caso está claro que el objetivo que persiguen los científicos estadounidenses con estos ensayos no es entrar en el Libro Guinness de los records.

El Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LNLL), financiado por el Departamento de Energía de los EE.UU., fue fundado en 1952. Según reza en su página web, tiene la misión de colaborar con el mantenimiento de los armamentos nucleares norteamericanos, prevenir la proliferación y el terrorismo nuclear, y desarrollar tecnologías energéticas para reemplazar los combustibles fósiles.

El Complejo Nacional de Ignición o NIF (National Ignition Facility) es uno de sus proyectos más ambiciosos. Su objetivo principal es construir un sistema láser con la potencia y la precisión necesarias para desencadenar de forma controlada y con ganancia de energía el proceso de fusión nuclear, el mismo que permite a las estrellas emitir luz y calor durante millones de años.

FUSION NUCLEAR

Lograr la fusión nuclear controlada es un viejo anhelo de los científicos, ya que brindaría la posibilidad de obtener energía de forma casi ilimitada. A diferencia de la fisión nuclear, en donde se obtiene energía mediante la ruptura de átomos pesados como el de uranio, la fusión nuclear consiste en combinar átomos livianos para lograr otros más pesados, proceso en el cual también se produce una pequeña pérdida de masa que se convierte en energía. Los átomos más apropiados para fusionar son dos isótopos del hidrógeno, el deuterio y el tritio, obteniéndose helio como resultado.

Para conseguir que dos átomos se fusionen es necesario superar la fuerza de repulsión electrostática que mantiene separados sus núcleos, cargados positivamente. En la práctica ésta no es una tarea simple; para vencer la repulsión nuclear hay que someter a los átomos a condiciones de temperatura y presión tan elevadas como las que reinan en el interior de las estrellas, y ello requiere grandes cantidades de energía. Este es uno de los puntos cruciales, para que la fusión controlada sea viable como recurso energético es necesario que sea favorable el balance entre la energía que se aplica para iniciar la ignición y la que se obtiene como su resultado, esto es, que haya una ganancia neta lo suficientemente amplia como para considerarla una alternativa viable.

Como es común en temas atómicos, las primeras investigaciones serias sobre fusión nuclear estuvieron relacionadas con proyectos militares, siendo la bomba de hidrógeno o termonuclear el primer dispositivo creado por el hombre capaz de liberar energía de ese modo. Sin embargo, el proceso con que se desencadena la fusión en las armas atómicas es manifiestamente inviable para fines pacíficos: en las bombas termonucleares, la ignición se consigue a partir de la detonación de una bomba de fisión, la cual produce las condiciones necesarias para lograr que se fusionen los átomos de deuterio y de tritio.

La historia de los intentos por lograr la fusión controlada está plagada de fracasos y de impostores. En los últimos 60 años, varios investigadores afirmaron haber encontrado la piedra filosofal energética, pero fueron refutados por sus colegas poco tiempo después. En esta historia de imposturas, nuestro país también tiene su lugar: en Bariloche, en medio del Nahuel Huapi, la isla Huemul aún guarda los restos de los laboratorios en donde el físico austríaco Ronald Richter afirmó a principios de los ’50 haber logrado el ansiado descubrimiento.

Para que sea exitoso, cualquier procedimiento de fusión controlada tiene que producir temperaturas de millones de grados y lograr confinar las partículas en un envase capaz de soportar las extremas condiciones del proceso. Dos son los métodos ensayados para solucionar estos problemas. Por un lado, está el confinamiento magnético, que aprovecha la carga eléctrica de las partículas para confinar un plasma a elevadísimas temperaturas sin necesidad de un recipiente. Esta posibilidad es explorada por el ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), gigantesco consorcio con sede en Francia e integrado por las principales potencias mundiales. Y por otro lado, está el confinamiento inercial, la vía seguida por el LNLL, que consiste en comprimir las partículas a densidades exorbitantes mediante la utilización de láseres.

NIF

Los primeros experimentos de fusión nuclear con láseres comenzaron a mediados de los ’60. Sin embargo es recién a fines de los ’70 cuando, gracias al desarrollo de láseres de alta potencia, cobraron mejores perspectivas las investigaciones.

El Lawrence Livermore diseñó varios láseres, como el Shiva, el Novette o el Nova, con los cuales, a pesar de fracasar con la fusión, logró recolectar información para su último dispositivo: el NIF.

Los números que describen todo lo relativo al NIF son desmesurados y pueden provocar en el lector un estado de perplejidad cuasi pascaliano. Las cifras también hablan del grado de importancia que les asigna el gobierno norteamericano a estas investigaciones.

Los datos oficiales indican que desde que comenzó a construirse en 1997 se invirtieron U$S 3500 millones –según los extraoficiales, sólo hasta el 2008 se habían gastado U$S 4200 millones– para erigir un centro de experimentación cuyo edificio principal tiene una altura de diez pisos y la superficie de tres canchas de fútbol. En su interior se aloja un sistema de 192 rayos láser que recorren alrededor de 1500 metros desde su origen hasta el punto de impacto en la cámara de ignición.

El pulso inicial, de baja energía y generado por un oscilador, es dividido en sucesivas etapas de amplificación hasta llegar al total de 192 pulsos láser. En su camino, la potencia inicial es incrementada exponencialmente –miles de millones de veces– hasta lograr la intensidad necesaria para desencadenar la ignición.

En este proceso, la mezcla de deuterio y tritio es colocada dentro de una diminuta esfera plástica, en el centro de una cápsula de oro de cinco milímetros de diámetro, en donde el calor generado por los pulsos láser que producen rayos X que comprimen la mezcla, de-sencadenan la reacción termonuclear de corta duración.

Sin embargo, la fusión no sólo es cuestión de potencia. Así como sería casi imposible explotar un globo presionando únicamente uno de sus laterales, para que surja la ignición es imprescindible que los 192 láseres impacten simultáneamente, con la misma intensidad y de forma pareja, en toda la superficie de la cápsula. De esta forma, los pulsos de 23 nanosegundos de duración –un nanosegundo es la milmillonésima parte de un segundo– no pueden tener en el impacto una desincronización mayor a 30 trillones de segundo.

Si bien el disparo realizado en marzo pasado sólo fue una prueba para medir la potencia y la precisión del láser, los 1.87 megajoule alcanzados tienen una relevancia especial, porque es la energía que según los científicos se requeriría para desencadenar la fusión. De todas formas, habrá que esperar a los ensayos definitivos sobre la mezcla de deuterio y tritio, previstos para fines del 2012, para verificar la viabilidad del proceso.

LIFE Y DESTRUCCION

Además de brindar la posibilidad de ampliar los conocimientos teóricos sobre física nuclear, el NIF tiene dos campos específicos de aplicaciones prácticas, el civil y el militar. Por un lado, sus investigaciones son la base del LIFE (Laser Inertial Fusion Energy), otro proyecto del Lawrence Livermore que tiene por finalidad, una vez comprobada la factibilidad de la fusión láser, diseñar una planta de generación eléctrica.

Según los científicos, las ventajas que tendría una planta de estas características frente a las actuales formas de producir energía serían inmensas. Por una parte, sería una fuente energética prácticamente inagotable, ya que el deuterio está presente en el agua de mar y el tritio se puede obtener a partir del litio presente en la superficie terrestre. Por otra, no sería contaminante ni colaboraría con el efecto invernadero como los combustibles fósiles. Junto con ello, y a diferencia de las centrales nucleares de fisión, no existiría el riesgo de una reacción nuclear descontrolada como en Chernobyl, ni tampoco produciría residuos radiactivos de larga vida, ya que el tritio necesario, si bien es radiactivo, se produciría en el reactor mediante la interacción con el litio que recubre su interior.

De todas formas, el camino a recorrer aún es largo. Aunque el NIF verifique la utilidad del láser para lograr la ignición, todavía habría que resolver cuestiones técnicas sumamente complejas. El reactor diseñado por el proyecto LIFE funcionaría con sucesivos ciclos de fusión de corta duración –10 a 15 por segundo–, para lo cual habría que desarrollar un sistema láser con una velocidad de repetición muy superior al del NIF y con dimensiones significativamente más pequeñas, lo cual requiere el desarrollo de nuevos materiales y tecnologías. A pesar de ello, los responsables del proyecto son optimistas, calculan que en el 2020 podrían poner en funcionamiento una planta de este tipo.

El otro campo de aplicaciones es estrictamente militar. A partir del cese de las pruebas nucleares subterráneas en los ’90, EE.UU. creó el Programa de Administración de Arsenales o SSP (Stockpile Stewardship Program), el cual busca mantener la operatividad de sus armas atómicas sin la necesidad de realizar nuevas detonaciones. Según sus responsables, los estudios del NIF son parte esencial del programa porque permiten evaluar bajo distintos aspectos las cualidades de los componentes de las armas almacenadas, sin necesidad de nuevos ensayos y respetando los acuerdos de no proliferación nuclear. Sin embargo, existen dudas sobre el supuesto carácter no proliferante de estas investigaciones. Las estrechas colaboraciones entre el NIF y numerosos organismos del complejo militar-industrial crean en algunos especialistas la sospecha de que los EE.UU. podrían valerse de estas investigaciones para idear nuevas bombas termonucleares y de neutrones.

En definitiva, más allá del éxito o el fracaso del proyecto LIFE, los miles de millones de dólares invertidos en estos desarrollos muestran que para los EE.UU. mantenerse como la potencia militar hegemónica no tiene precio.