No es ninguna excentricidad: la mayonesa está ayudando a resolver uno de los desafíos de la fusión nuclear

Esta aplicación de la mayonesa no la esperábamos. Parece un chiste, pero no lo es en absoluto. Esta riquísima salsa con la que todos estamos en mayor o menor medida familiarizados está contribuyendo a resolver uno de los grandes desafíos que plantea la fusión nuclear. Esta exótica aplicación se les ha ocurrido a unos investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas perteneciente a la Universidad de Lehigh, en EEUU. No obstante, esta innovación está vinculada a la reacción de fusión mediante confinamiento inercial, y no a la modalidad que recurre al confinamiento magnético.

En la fusión nuclear mediante confinamiento inercial el combustible constituido por los núcleos de deuterio y tritio se introduce en un encapsulado de diamante en forma de microbola y se coloca en el interior de una cámara esférica en cuyas paredes de aluminio de 10 cm de espesor están distribuidos nada menos que 192 láseres de alta energía muy sofisticados. Su propósito es concentrar de forma simultánea y abrupta toda su energía en el contenido de la cápsula para que el combustible se caliente, se condense y se comprima de forma súbita, dando lugar así a la fusión de los núcleos de deuterio y tritio.

Sin embargo, la fusión nuclear por confinamiento magnético propone una estrategia muy diferente: confinar el plasma que contiene los núcleos de deuterio y tritio a al menos 150 millones de grados Celsius en el interior de un campo magnético muy intenso. La energía cinética que adquieren los núcleos en estas condiciones es tan alta que algunos de ellos consiguen vencer su repulsión eléctrica natural y fusionarse, liberando una gran cantidad de energía.

La inestabilidad hidrodinámica del plasma reduce el rendimiento energético de la fusión

Sigamos indagando en la reacción que tiene lugar en el interior de la microbola que contiene el combustible en la fusión mediante confinamiento inercial. Cuando la energía de los láseres provoca que el combustible alcance las condiciones de presión y temperatura necesarias para que la fusión de los núcleos de tritio y deuterio tenga lugar el plasma que los contiene se ve sometido a inestabilidades hidrodinámicas. Un apunte rápido: una manera sencilla de entender qué es el plasma consiste en contemplarlo como un gas extremadamente caliente.

El problema es que esas inestabilidades pueden comprometer el rendimiento energético de la reacción de fusión. En este artículo no vamos a profundizar en la naturaleza de las inestabilidades hidrodinámicas a las que se ve sometido el plasma para no complicarlo demasiado. Aun así, nos interesa saber que se conocen como inestabilidades de Rayleigh-Taylor en honor de los dos físicos británicos que las estudiaron por primera vez, y, muy a grandes rasgos, surgen cuando conviven materiales de diferentes densidades y los gradientes de presión y densidad tienen direcciones opuestas.

"Utilizamos mayonesa porque se comporta como un sólido, pero cuando se somete a un gradiente de presión comienza a fluir [...] Tal y como sucede con un metal fundido tradicional, si aplicas una tensión a la mayonesa comenzará a deformarse, y si quitas la tensión volverá a su forma original", sostiene Arindam Banerjee, que es el profesor de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Lehigh que lidera esta investigación. Lo que este científico nos está explicando es, sencillamente, que al someter la mayonesa a una cierta presión adquiere unas propiedades mecánicas muy similares a las del plasma contenido en la microbola de combustible.

Entender con precisión la dinámica del plasma estudiando directamente las microbolas utilizadas en la fusión nuclear es impracticable por su complejidad y coste. Sin embargo, la mayonesa permite afrontar este desafío en unas condiciones perfectamente asumibles. No obstante, para conseguir que la mayonesa se comporte de una forma muy similar al plasma estos científicos se han visto obligados a construir una rueda giratoria que les permite imitar las condiciones de flujo del plasma. En este escenario de estudio lo único que tienen que hacer es conseguir que la rueda gire a la velocidad adecuada. Del resto se ocupa la mayonesa. Ingenioso, ¿verdad?

Estos ingenieros esperan que su experimento les ayude a entender mejor cómo se produce la transición entre la fase elástica y la fase plástica y estable del plasma. Este conocimiento puede ayudarles a prever cuándo se va a producir una inestabilidad, y evitar que se origine puede ayudarles a maximizar el rendimiento energético de la reacción de fusión. En el ámbito de la fusión nuclear en general, y especialmente en el de la estrategia que recurre al confinamiento inercial, queda mucho trabajo por hacer, pero son estudios como este los que consiguen que podamos otear el futuro de esta tecnología con un optimismo saludable.

Imagen | Lawrence Livermore National Laboratory

Más información | Universidad de Lehigh

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