Una capsula de diamante fabricada en Alemania hizo posible el revolucionario experimento de fusion de diciembre en California.
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Fuente de la imagen, Laboratorio Nacional LLNL
El lunes 5 de diciembre de 2022, a la 1:03 am, tuvo lugar un experimento en California que puede ser de importancia vital para el futuro de la energia.
Los cientificos de la Instalacion Nacional de Ignicion (NIF, por sus siglas en ingles) dirigieron su laser de 192 rayos a un cilindro con una pequena capsula de diamante rellena de combustible nuclear.
El poderoso estallido de la luz laser genero temperaturas y presiones inmensas al provocar una reaccion de fusion, como la que alimenta al Sol.
La NIF, que pertenece al Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), habia realizado experimentos similares, pero esta vez la energia de la reaccion fue mayor que la del laser utilizado para producirla.
Los cientificos habian intentado durante decadas alcanzar ese umbral.
Una esfera perfecta
El objetivo de la comunidad cientifica es construir en el futuro centrales electricas que generen, mediante reacciones de fusion, un flujo abundante de electricidad libre de emisiones de carbono.
Pero eso todavia esta lejos y, mientras tanto, queda un largo camino en el desarrollo de la tecnologia necesaria.
Uno de los componentes clave en la NIF es una capsula de diamante sintetico del tamano de un grano de pimienta.
Fuente de la imagen, Laboratorio Nacional LLNL
Las propiedades de esa capsula esferica, que contiene el combustible, son cruciales para llevar a cabo con exito un experimento de fusion.
La esfera tiene que ser perfectamente lisa y estar libre de contaminantes, ya que cualquier anomalia podria arruinar la reaccion.
Sin embargo, esas esferas disenadas con precision no se fabrican en California; son el resultado de anos de trabajo de la empresa Diamond Materials, con sede en Friburgo, Alemania.
La demanda de este tipo de capsulas esfericas es muy alta, asegura Christoph Wild, director gerente de Diamond Materials junto con Eckhard Worner.
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El proceso
El equipo de 25 personas de Diamond Materials fabrica diamantes sinteticos mediante un proceso llamado deposicion quimica de vapor.
Fuente de la imagen, Laboratorio Nacional LLNL
Se necesitan unos dos meses para crear cada lote de 20 a 40 capsulas.
Para fabricarlas hay que colocar pequenos cristales de diamante alrededor de un nucleo de carburo de silicio y pulirlos repetidamente.
Durante el proceso de desarrollo descubrieron que incluso el pulido mas meticuloso era insuficiente ya que, a nivel microscopico, la superficie aun presentaba orificios y desniveles.
En su trabajo con los equipos del LLNL, al final descubrieron que podian glasear una capsula pulida con una nueva capa de cristales de diamante para lograr el acabado perfecto que necesitaban.
Cuando las capsulas de diamante llegan al laboratorio, se les retira el nucleo de silicio y con un pequeno tubo de vidrio se rellena la esfera hueca de deuterio y tritio -isotopos pesados de hidrogeno- que alimentan la reaccion de fusion.
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La tercera y ultima capa de la capsula es un cilindro de aluminio que se usa para enfriar su contenido antes de la reaccion.
Otra area de la tecnologia crucial para la NIF es la optica: cualquier elemento que permita la transmision, deteccion o utilizacion de la luz.
Al operar el laser mas potente del mundo, la NIF utiliza mucha tecnologia optica y sus componentes se danan cada vez que se enciende la maquina.
Desde principios de la decada de 1970, la NIF trabaja en estrecha colaboracion con firmas de productos opticos como Zygo Corporation y el fabricante de vidrio especializado SCHOTT para ajustar las piezas, ademas de suministrar repuestos y protectores contra fragmentos y explosiones.
Acercando el futuro
Tras el exito del experimento de diciembre, la NIF y sus socios asumen el nuevo reto de perfeccionar aun mas la tecnologia para replicar y mejorar la reaccion.
Mike Farrell espera que ese paso adelante sirva para promover el apoyo a futuras investigaciones.
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De vuelta en Friburgo, Diamond Materials espera poder dedicar mas tiempo a la investigacion.
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Equipos de cientificos de todo el mundo se esfuerzan a dia de hoy por construir una planta de energia de fusion operativa, utilizando todo tipo de tecnicas.
Pero lograr el objetivo llevara muchos anos y una inversion de miles de millones de dolares.
El hito del ano pasado en la NIF probablemente dara un impulso al sector, considera Farrell: <
Esa inversion sera necesaria para afrontar los grandes desafios que plantea la construccion de una planta de energia, entre ellos encontrar materiales que puedan soportar las altisimas temperaturas emitidas en el proceso de fusion.
Pero Farrell asegura que, una vez logrado el gran paso inicial, el proyecto puede progresar rapido.
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