La diminuta esfera de diamante que podría desbloquear la energía limpia

A la 1:03 am del lunes 5 de diciembre, los científicos de la Instalación Nacional de Encendido en California apuntaron su láser de 192 rayos a un cilindro que contenía una pequeña cápsula de combustible de diamante.

Ese poderoso estallido de luz láser creó temperaturas y presiones inmensas y provocó una reacción de fusión, la reacción que alimenta al sol.

La Instalación Nacional de Ignición (NIF), parte del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), había realizado tales experimentos antes, pero esta vez la energía que salió de la reacción fue más que la potencia del láser utilizada para desencadenarla.

Los científicos han intentado durante décadas alcanzar ese umbral y la esperanza es, algún día, construir centrales eléctricas que empleen una reacción de fusión para generar abundante electricidad libre de carbono.

Eso todavía está lejos. Mientras tanto, queda mucho trabajo por hacer en el desarrollo de la tecnología.

Uno de los componentes clave en NIF es una cápsula de diamante sintético del tamaño de un grano de pimienta, que contiene el combustible. Las propiedades de esa cápsula esférica son cruciales para crear un experimento de fusión exitoso.

La esfera tiene que ser perfectamente lisa y libre de contaminantes, cualquier anomalía podría arruinar la reacción.

Sin embargo, esas esferas diseñadas con precisión no se fabrican en California. Son el resultado de años de trabajo de Diamond Materials, una empresa con sede en Freiburg, Alemania.

"Las demandas de las cápsulas [esféricas] son ​​muy altas", dice Christoph Wild, quien, junto con Eckhard Wörner, es director gerente de Diamond Materials.

"Colaboramos estrechamente con Lawrence Livermore e intentamos minimizar defectos como impurezas, cavidades o paredes irregulares".

El equipo de 25 personas de Diamond Materials fabrica diamantes sintéticos a través de un proceso llamado deposición química de vapor.

Se necesitan alrededor de dos meses para crear cada lote de 20 a 40 cápsulas, que se fabrican colocando minuciosamente pequeños cristales de diamante alrededor de un núcleo de carburo de silicio y puliéndolos repetidamente.

Durante el proceso de desarrollo, descubrieron que incluso el pulido más meticuloso no era suficiente ya que, a nivel microscópico, la superficie aún presentaba hoyos y desniveles.

Trabajando con los equipos de LLNL, finalmente descubrieron que podían glasear una cápsula pulida con una nueva capa de cristales de diamante para lograr el acabado limpio como un espejo que necesitaban.

Más tecnología de negocio:

Cuando las cápsulas de diamante llegan a LLNL, se retira el núcleo de silicio y se usa un pequeño tubo de vidrio para llenar la esfera hueca con deuterio y tritio, ambos tipos pesados ​​de hidrógeno, que alimentan la reacción de fusión.

"Alrededor de esa pastilla de combustible hay un cilindro de oro y uranio empobrecido", explica Mike Farrell, vicepresidente de tecnología de fusión inercial de General Atomics, que es el mayor socio industrial de LLNL.

La tercera y última capa de la cápsula es un cilindro de aluminio que se usa para enfriar el contenido de la cápsula antes de la reacción.

Otra área crucial de la tecnología para NIF es la óptica, cualquier cosa que admita la transmisión, detección o utilización de la luz.

Como NIF ejecuta el láser más potente del mundo, utiliza mucha de esa tecnología y los componentes ópticos se dañan cada vez que se enciende la máquina.

Desde principios de la década de 1970, NIF ha estado trabajando en estrecha colaboración con fabricantes de productos ópticos como Zygo Corporation y el fabricante de vidrio especializado SCHOTT para ajustar y suministrar piezas de repuesto, así como protectores contra desechos y explosiones.

Tras el exitoso experimento de diciembre, el próximo desafío para NIF y sus socios será mejorar aún más la tecnología para replicar y mejorar la reacción.

Mike Farrell espera que el paso adelante pueda ayudar a fomentar el apoyo para futuras investigaciones. "El experimento cambió la opinión científica. Siempre se pensó que la ignición era casi inalcanzable, [o algo que solo podría suceder] 40 años en el futuro. El resultado en diciembre fue revelador".

De vuelta en Freiburg, Diamond Materials espera poder invertir más tiempo en la investigación. "Alrededor del 20% de nuestro equipo está involucrado en la investigación y los dos directores generales también somos físicos", dice el Sr. Wild.

"La investigación al nivel que producimos requiere muchos recursos y no podemos descuidar la producción. Por lo tanto, probablemente seguiremos aumentando el equipo. Después de todo, la investigación de hoy conduce a los productos del mañana".

Equipos de todo el mundo se esfuerzan por construir una planta de energía de fusión que funcione, utilizando todo tipo de enfoques. Pero llevará muchos años y miles de millones de dólares de inversión.

Es probable que el hito del año pasado en NIF le dé un impulso al sector, dice el Sr. Farrell: "La financiación gubernamental y corporativa puede ser más fácil de conseguir ahora que se ha demostrado que la ignición es posible".

Esa inversión será necesaria para superar los considerables desafíos de ingeniería que enfrenta la construcción de una planta de energía en funcionamiento, sobre todo para encontrar materiales que puedan soportar la alta energía emitida por el proceso de fusión.

Pero el Sr. Farrell se apresura a señalar cuán rápido el progreso puede cobrar impulso después de que se logra el avance inicial.

"Una vez que muestra los primeros principios, como acabamos de hacer, los ingenieros toman las riendas para descubrir cómo hacerlo de manera reproducible.

"Recuerde, el primer vuelo de los hermanos Wright ocurrió en 1903 y el primer vuelo supersónico fue en la década de 1950. En aproximadamente 40 años, pueden progresar muchas cosas".