Los científicos del NRL, en colaboración con el Departamento de Energía de los Estados Unidos, publicaron los resultados de su investigación.Fluoruro de argón (ArF)Un estudio sobre fusión láser se publicó en la revista Philosophical Transactions of the Royal Society el otoño pasado.
El artículo científico titulado «Alta ganancia de fusión con energía láser sub-megajulio mediante un láser de fluoruro de argón de accionamiento directo» informó que el ArF es una tecnología prometedora para lograr las implosiones de fusión inercial de alta ganancia necesarias para la producción de energía. La fusión láser implica la implosión de pequeñas cápsulas para alcanzar las altas densidades y temperaturas (100 millones de grados Celsius) requeridas para iniciar una reacción de fusión.
La energía de fusión puede utilizarse como fuente de energía si la ganancia es mucho mayor que la energía necesaria para accionar el láser, y las simulaciones del NRL han demostrado que la luz ultravioleta profunda del ArF puede lograr una alta ganancia con energías láser mucho más bajas de lo que se creía factible.«Los láseres ArF permiten el desarrollo y la construcción de centrales de fusión más pequeñas y económicas», declaró Obenschain. «Esto acelerará el despliegue de esta atractiva fuente de energía, que cuenta con suficiente combustible para durar miles de años».
Los resultados del NRL son particularmente importantes porque la Instalación Nacional de Ignición (NIF, por sus siglas en inglés) del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore anunció el 8 de agosto que había llevado a cabo un experimento de fusión láser que produjo casi tanta energía de fusión como los haces láser utilizados para impulsar implosiones. Los resultados del NIF produjeron 1,3 megajulios de energía de fusión, el equivalente a una libra de explosivos de alta potencia, demostrando así la viabilidad científica y tecnológica fundamental de la fusión láser.
«Los resultados del NIF son impresionantes y subrayan la necesidad de recurrir a la tecnología láser para acelerar los avances futuros. La tecnología láser ArF del nRL ofrece una vía para lograr mayores ganancias y rendimientos de fusión», declaró Obenschain. «Estas cualidades son necesarias para el Programa de Gestión de Reservas de la NNSA, y se requiere una alta ganancia para la generación de energía por fusión».
El conjunto de lentes láser Nike enfoca 44 haces láser de fluoruro de kriptón (KrF) sobre objetivos que representan una pequeña porción de la cápsula de implosión. Los objetivos, de tamaño milimétrico, son visibles en la lente central. Los láseres KrF son similares a los ArF, pero con una longitud de onda ligeramente mayor (248 nm). El experimento Nike contribuye al avance de la física fundamental de la aceleración uniforme de un objetivo a las altas velocidades necesarias para la implosión de fusión. Fuente: Laboratorio de Investigación Naval
Obenschain señala que los láseres ArF de alta energía requerirán una inversión significativa para lograr el rendimiento, la energía, la frecuencia de repetición, la precisión y la fiabilidad subóptima (que asciende a miles de millones de dólares) necesarias para la fusión en centrales eléctricas comerciales.
«Nuestro trabajo hasta la fecha ha demostrado que no existen barreras fundamentales que impidan que los sistemas de energía de fusión inercial de accionamiento directo ArF cumplan con estos requisitos», dijo Obenschain.
Según declaró, «estas ventajas podrían facilitar el desarrollo de módulos de centrales de fusión de escala modesta y más económicos, que operen con energías láser inferiores a 1 megajulio». «Esto revolucionaría la idea actual de que la energía de fusión láser es demasiado cara y las centrales eléctricas demasiado grandes».
«El NRL es líder mundial en el desarrollo de tecnología láser de fluoruro de argón de alta energía», declaró el Dr. Max Karasik, jefe de la división de física de blancos impulsados por láser del NRL. «Además, realizamos experimentos para avanzar en la base física de la fusión láser y simulaciones por ordenador para determinar la configuración óptima para una implosión láser ArF de alta ganancia».
El potencial del láser ArF para la energía de fusión está respaldado por el programa Breakthroughs to Enable Thermonuclear Fusion Energy (BETHE) de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada para la Energía (ARPA-E) del Departamento de Energía de EE. UU. Este programa apoya el desarrollo oportuno de fuentes de energía de fusión comercialmente viables.
La rama de plasma láser de la División de Física de Plasmas lidera este esfuerzo de investigación y ha desarrollado un plan de tres fases para avanzar en los láseres de fluoruro de argón hasta lograr el rendimiento necesario para implosiones de alta ganancia de energía.
La primera fase completará la investigación básica y tecnológica del ArF que actualmente se está llevando a cabo en el NRL. En la Fase II, se construirá y probará una línea de haz láser ArF de alta energía a escala real. En la Fase III, se construirá una instalación de implosión con entre 20 y 30 líneas de haz similares, la cual se utilizará para demostrar la alta ganancia de energía (>100) necesaria para aplicaciones de defensa y energía.
Fecha de publicación: 18 de septiembre de 2024