Durante más de siete décadas, los investigadores de fusión han intentado construir una estrella en una caja, y durante más de siete décadas, la estrella se ha negado a cooperar. Ahora, los científicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL, por sus siglas en inglés) del Departamento de Energía de Estados Unidos dicen que han encontrado una forma potencialmente mucho más eficiente de lograr la ignición por fusión, simplemente cambiando el orden en que se calienta y comprime el plasma. Lo cual es el equivalente en física a descubrir que has estado armando muebles de IKEA en la secuencia equivocada todo este tiempo.

El viejo libro de reglas matemáticas aquí es el criterio de Lawson, que determina si el plasma puede mantenerse lo suficientemente caliente y denso durante el tiempo suficiente para sostener la fusión sin calentamiento externo. Te dice las condiciones requeridas para la ignición. Sin embargo, no te dice la forma más eficiente de llegar allí, algo así como un mapa que te muestra el destino pero insiste en que descifres la cordillera por tu cuenta.

Los físicos del PPPL Luis Delgado-Aparicio, Masayuki Ono y Jonathan Menard han desarrollado ahora una versión más completa del criterio, incorporando cuatro factores adicionales que influyen en el rendimiento de la fusión. Sus hallazgos fueron publicados en Physical Review Letters. Los cuatro factores adicionales no se especificaron en el anuncio, presumiblemente porque son el tipo de detalles que hay que leer el artículo para conocer.

La investigación se centra en el plasma, el cuarto estado de la materia, que se forma cuando el gas se vuelve tan energético que sus partículas portan cargas eléctricas. En los reactores de fusión, este material extremadamente caliente contiene los núcleos atómicos que los investigadores esperan combinar, liberando energía mediante fusión nuclear. El objetivo final es un plasma en combustión, uno donde las reacciones de fusión generen suficiente calor para sostener el proceso sin calentamiento externo continuo. Lograr eso de manera eficiente sigue siendo uno de los desafíos más importantes en la investigación de energía de fusión, junto con recordar dónde dejaste la llave Allen.

Delgado-Aparicio compara el descubrimiento con encontrar una ruta más eficiente a través de una cordillera. Imagina los requisitos de energía para la ignición por fusión como un paisaje dominado por una montaña imponente. El destino está al otro lado, pero hay varias rutas posibles. Muchas estrategias propuestas esencialmente intentan escalar directamente la montaña: aumentar primero la densidad del plasma y luego suministrar un calor enorme para alcanzar la ignición. Los nuevos cálculos sugieren que calentar el plasma antes de hacerlo más denso podría ser considerablemente más eficiente, evitando los requisitos de energía más altos mientras se alcanzan las condiciones deseadas.

"Muchas empresas quieren escalar la montaña de frente y gastar enormes cantidades de energía para llegar allí", dijo Delgado-Aparicio. "Rodea el pico en su lugar. Llegas al mismo lugar de una manera mucho más inteligente y usas mucha menos energía". Un sentimiento que le resultará familiar a cualquiera que haya visto un GPS recalcular en tiempo real.

Los investigadores identificaron una región particularmente importante de este paisaje matemático llamada la silla de Cordey. En términos geográficos, una silla es un paso bajo entre elevaciones más altas. En física de fusión, representa un punto relativamente accesible a lo largo del límite que separa el plasma que aún necesita calentamiento externo del plasma capaz de sostener sus propias reacciones de fusión, el equivalente en fusión de un paso de montaña que no requiere tanques de oxígeno.

Para evaluar diferentes rutas, los científicos utilizaron una medida llamada Q, que compara la potencia producida por las reacciones de fusión con la potencia de calentamiento externo suministrada al plasma. Un valor de Q de 5 significa que las reacciones de fusión producen cinco veces más potencia que la que entrega el sistema de calentamiento externo. En un plasma idealizado que contiene solo combustible de fusión puro, la silla de Cordey ocurre aproximadamente en Q = 5. Sin embargo, los sistemas de fusión reales son mucho más complicados. Los contaminantes dentro del plasma y los campos magnéticos extremadamente fuertes pueden desplazar la ubicación de este paso, aumentando el valor de Q necesario para alcanzarlo. Un