Otra energía: La fusión termonuclear por láser

La energía consumida por la humanidad aumenta en tales proporciones que en el siglo próximo serán insuficientes los tradicionales recursos hidroenergéticos, así como los de carbón, petróleo y gas. La idea de la fusión termonuclear dirigida (FTD), surgida hace unos deceníos, puede, en un futuro cercano, proporcionar a la humanidad, según opinan algunos científicos, una potente fuente de energía, garantizando, de hecho, una eterna abundancia energética.Para obtener esta forma de energía los científicos emprenden dos caminos bastante independientes. El primero está relacionado con el método del calentamiento lento del plasma, de densidad relativamente baja y retenido durante mucho tiempo por un campo magnético. Según la opinión general, en este aspecto, el liderazgo lo ocupan las famosas instalaciones de tipo Tokamak, diseñadas por científicos soviéticos.

Otro camino son los sistemas que, basados en impulsos y en la inercia, prevén que la reacción de la fusión la provoquen rayos láser o potentes haces de electrones. En este caso es necesario calentar rápidamente pequeñas porciones de la sustancia hasta las densidades y temperaturas en las cuales las reacciones termonucleares podrían efectuarse con eficacia en el plazo natural en que existe el plasma libre, es decir, no retenido por nada. De ese modo se obtiene, de hecho, una microexplosión.

El surgimiento de potentes láser permitió enfocar la radiación sobre la superficie de la sustancia y, con ello, formar tales densidades del flujo de energía y tales velocidades de desprendimiento de energía que, en principio, permiten calentar la sustancia hasta una temperatura de centenares de millones de grados y comprimirla de modo que se obtenga un plasma con los parámetros necesarios para que tenga lugar una eficaz reacción termonuclear.

La eficacia con que la energía luminosa da en el blanco se expresa por la relación entre la energía útil y la energía total de radiación, es decir, por el denominado rendimiento hidrodinámico. Uno de los más radicales problemas de la fusión termonuclear por láser (FTL) consiste en alcanzar un alto rendimiento hidrodinámico.

A fin de obtener altos coeficientes de amplificación es necesario crear un centro donde se engendre una microexplosión termonuclear, es decir, un punto del plasma calentado a cien millones de grados y cuya masa es muy inferior a la masa del combustible. Si en el estado final surge tal centro, entonces, como resultado de la energía termonuclear desprendida por él, en condiciones determinadas, dicho centro puede ser fuente de una onda autosustentada de combustión termonuclear, onda que se difunde por toda la masa del combustible..

El nivel alcanzado por los equipos láser y los métodos existentes para investigar teórica y experimentalmente el plasma de láser, caracterizado por temperaturas y, densidad altas, permitirán en los años próximos uno de los más interesantes experimentos en la física de la fusión termonuclear dirigida. Se trata de realizar experimentos para alcanzar el umbral físico de la FTD, o sea, efectuar una explosión termonuclear en el blanco, calentado y comprimido por los rayos láser, liberando una energía mensurable por la magnitud de la energía inicial.

Ahora el más importante problema de la FTL consiste en desarrollar los equipos láser. ¿Qué parámetros y propiedades de las instalaciones láser son los más esenciales desde el punto de vista del inicio de las reacciones termonucleares? Primeramente, los láser permiten alcanzar las mayores densidades de energías y, correspondientemente, las mayores velocidades de liberación específica de energía en la sustancia. En este aspecto, además de. las propiedades meramente físicas de la radiación coherente, tiene mucha importancia el hecho de que no existe acoplamiento mecánico entre la fuente y el blanco. Es más, la distancia entre las etapas de salida de los láser y el blanco (es decir, el punto donde aumenta mucho la densidad de la energía) puede ser de varias decenas de metros. Esto significa que las enormes densidades de potencia alcanzadas en instalaciones de laboratorio llegan al blanco sin correr el riesgo de destruir los elementos de trabajo.

Otro importante parámetro de cualquier instalación termonuclear láser es el denominado contraste. La formación de la distribución angular y espacial y la creación del necesario contraste se efectúan actualmente mediante especiales elementos ópticos: filtros espaciales y diafragmas de transmisión variable, que mejoran considerablemente la divergencia y disminuyen el acoplamiento óptico entre las sucesivas etapas de la amplificación.

También es importante que la radiación de todos los canales del láser enfoque al blanco. Dicho enfoque debe garantizar que la radiación al blanco sea uniforme.

Ahora se han elaborado esquemas que permiten llevar el ángulo de enfoque a casi toda la esfera.

Los reactores termonucleares basados en la FTL poseen varias particularidades específicas, entre las cuales figuran: la acción de los impulsos sobre las paredes de]. reactor, la introducción y conservación de los blancos, la llegada de los rayos láser al blanco cuando quedan en la atmósfera residuos de la microexplosión anterior y la depuración de la cámara.

Además, quedan, naturalmente, problemas generales característicos de los reactores termonucleares: la resistencia de la pared primaria en el flujo de neutrones y la regeneración del tritio.

Hoy día es difícil determinar los plazos en que las centrales termonucleares de láser podrán utilizarse en la energética mundial. Sin embargo, existe una alentador, posibilidad de acercar ese momento. Se trata de los llamados reactores-híbridos, en los que simultáneamente se utilizan reacciones de fusión y fisión.

El esquema de principio del funcionamiento de tal reactor es el siguiente: como resultado de la microexplosión termonuclear por láser, se forma una fuente puntual de neutrones. El flujo de neutrones se lanza contra la pantalla circundante de uranio. Por un neutrón termonuclear en el uranio natural se efectúa una fusión y, a medida que se acumula el plutonio, se realizan de diez a veinte fisiones frente a una explosión nuclear, puesto que la mayor parte de la energía se desprende del uranio dispersado. Como resultado, las dimensiones de la cámara de explosiones pueden ser de un metro, aproximadamente.

Las pequeñas dimensiones del reactor, el mínimo de elementos estructurales que absorben los neutrones y las exigencias mucho menores en cuanto al coeficiente de amplificación termonuclear (en comparación con el reactor puro) son las principales ventajas del sistema híbrido.