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Físicos de la Universidad de Lehigh en Estados Unidos lograron avances significativos en la comprensión de los procesos que podrían permitir el control de la energía mediante la fusión nuclear. Curiosamente, lo hicieron utilizando un condimento inusual: La mayonesa.
Arindam Banerjee, profesor de Ingeniería Mecánica en la Universidad de Lehigh, explicó que el equipo sigue enfrentando el desafío de mantener la integridad estructural de las cápsulas de fusión empleadas en la fusión por confinamiento inercial. “La mayonesa continúa siendo una herramienta valiosa en nuestra búsqueda de soluciones”, afirmó Banerjee.
Las reacciones de fusión, que son las mismas que alimentan al sol, podrían convertirse en una fuente de energía limpia y casi ilimitada
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si se logran replicar en la Tierra. Sin embargo, imitar las condiciones extremas del sol es un reto sumamente complejo. Investigadores como Banerjee están abordando este desafío desde múltiples perspectivas.
La fusión por confinamiento inercial se basa en comprimir y calentar rápidamente cápsulas llenas de isótopos de hidrógeno. Bajo temperaturas y presiones extremas, estas cápsulas se funden y generan plasma, un estado de la materia que puede producir energía.
“Estamos hablando de millones de grados Kelvin y presiones de gigapascales para replicar las condiciones del sol”, explicó Banerjee. “Uno de los mayores problemas en este proceso es que el plasma puede desarrollar inestabilidades hidrodinámicas, reduciendo así la eficiencia energética”.
Mayonesa como modelo análogo
En un estudio de 2019, Banerjee y su equipo investigaron la inestabilidad de Rayleigh-Taylor, que ocurre entre materiales de diferentes densidades cuando los gradientes de presión y densidad están en direcciones opuestas. “Usamos mayonesa porque actúa como un sólido, pero cuando se somete a un gradiente de presión, comienza a fluir”, comentó Banerjee. Este enfoque permite evitar las complicadas condiciones de temperatura y presión típicas de los experimentos de fusión.
El equipo empleó una instalación de rueda giratoria diseñada específicamente para simular las condiciones de flujo del plasma. Una vez que la aceleración superó un valor crítico, la mayonesa empezó a fluir.
Durante su investigación inicial, los científicos descubrieron que antes de volverse inestable, la mayonesa pasaba por varias fases. Primero, experimenta una fase elástica, en la que se deforma bajo tensión pero recupera su forma al aliviar la presión. Luego, entra en una fase plástica estable, donde la deformación es irreversible, y finalmente comienza a fluir, lo que desencadena la inestabilidad.
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Comprender esta transición entre la fase elástica y la plástica es clave para predecir y posiblemente controlar la inestabilidad en las cápsulas de fusión. En un artículo reciente publicado en Physical Review E, el equipo analizó cómo las propiedades del material, la geometría de la perturbación y la tasa de aceleración afectan el desarrollo de la inestabilidad de Rayleigh-Taylor.
El equipo descubrió las condiciones en las que la recuperación elástica es posible, lo que podría retrasar o incluso suprimir la inestabilidad. “Estos hallazgos son cruciales para el diseño de cápsulas que eviten volverse inestables”, concluyó Banerjee.
No obstante, sigue siendo un desafío extrapolar estos resultados a las cápsulas de fusión reales, que operan en condiciones mucho más extremas. “Hemos desdimensionalizado nuestros datos para intentar que nuestros hallazgos sean aplicables a escalas más grandes”, explicó Banerjee.
*La creación de este contenido contó con la asistencia de inteligencia artificial. La información fue proporcionada y revisada por un periodista para asegurar su precisión. El contenido no se generó automáticamente.
