Máquina Z de fusión nuclear y energía limpia

Los últimos ecos del Esfinge

por Julien Geffray

21 de mayo de 2007

Así es como, durante un año, los estadounidenses han acelerado a fondo y los franceses han frenado.

Volvamos un momento al año transcurrido: en marzo de 2006, los laboratorios Sandia en Estados Unidos anunciaron un descubrimiento espectacular: la máquina Z generó accidentalmente 3.700 millones de grados (ver anuncio original en inglés). Temperatura extrema nunca alcanzada antes, cien veces más caliente que en el núcleo del Sol, siete veces más alta que en el núcleo de una bomba de hidrógeno, y cuatro veces superior a las previsiones teóricas sin explicación real. Con una temperatura así, se abrió así un nuevo camino para la fusión nuclear controlada, no solo de isótopos de hidrógeno como se define clásicamente en los proyectos sucesivos de tokamaks como ITER o láseres del tipo Megajoule, sino especialmente lo que es totalmente nuevo, dos reacciones nucleares imposibles de considerar antes: litio-hidrógeno (que requiere un mínimo de 500 millones de grados) y boro-hidrógeno (a partir de mil millones de grados). Estas dos reacciones nucleares particulares son prácticamente libres de radiactividad -excepto algunas reacciones secundarias parásitas, mínimas- y ofrecerían así centrales nucleares tanto potentes como completamente no contaminantes, utilizando como combustibles elementos puros y muy abundantes en la Tierra. En resumen, la solución energética esperada por nuestro planeta enfermo de su contaminación galopante.

Durante todo el año 2006, la máquina Z y las posibilidades contempladas fueron descritas por Jean-Pierre Petit de manera divulgativa:

• Una Llama de Esperanza en este Mundo de Brutos
• La máquina Z de Sandia - La fusión sin contaminación ni radiactividad al alcance de la mano !
• Análisis del artículo de Malcom Haines publicado en Physical Review Letters
• 3.700 millones de grados y todo el mundo se da igual
• Algunas aclaraciones (Preguntas frecuentes)
• Carta abierta a Nicolas Hulot
• Carta abierta a los políticos

La existencia de una máquina equivalente francesa, aunque menos potente, también fue destacada: la ECF del Centro de Experimentación Militar de Gramat (CEG) situado en el Lot. ECF significa "Experiencia de Compresión de Flujo", pero en realidad la máquina se apoda Esfinge.

Se realizaron múltiples intentos para que los medios nacionales abordaran este tema y los políticos se interesaran en él, sin verdadero éxito (un artículo en el webzine Futura-Sciences y solo una breve en Science & Vie y Sciences et Avenir). Un artículo de divulgación publicado en Internet en el foro Agoravox causó mucho revuelo. Se intentaron contactos con políticos. Un científico de muy alto nivel, responsable en Rusia de cuestiones relacionadas con la fusión nuclear, incluso aceptó apoyar la iniciativa de sensibilización llevada a cabo por JPP y uno de sus colegas, un "ex de bombas", escribiendo una carta firmada para entregar personalmente, explicando el interés de esta investigación y llegando incluso a sugerir una colaboración franco-rusa en el ámbito. ¡Pero a quién entregar esta carta en Francia (se necesitaría un responsable científico cercano a los políticos) si nadie está dispuesto o puede escuchar un discurso así?

Lamentablemente, estos intentos permanecieron sin respuesta. Por dos razones:

1. Este estudio de la fusión por "z-pinch" o en francés por "compresión magnética" se percibe, especialmente desde el punto de vista de los presupuestos asignados, como entrando en competencia frontal con el proyecto ITER, una solución muy diferente implantada en nuestro país. Los especialistas franceses de la compresión magnética son, de hecho, demasiado pocos para hacerse oír, y desilusionados, muchos de ellos han partido a trabajar en los EE.UU. en la... máquina Z de los laboratorios Sandia.
2. Estas investigaciones son "potencialmente proliferantes". En otras palabras, pueden llevar a la realización de armas nucleares de nueva generación. En este caso, la explosión de la bomba H ya no sería desencadenada por una pequeña bomba A clásica, difícil de producir. En lugar de esta "cerilla": un sistema compacto derivado de la máquina Z, mucho más fácil de concebir para cualquier país y especialmente incontrolable, ya que recurre a "simple" electrónica de potencia. La famosa etapa de enriquecimiento del uranio, causa de graves problemas geopolíticos pero que permite un control relativo de la proliferación, se volvería de hecho innecesaria.

El objetivo evidente de todo este revuelo era abrir la Esfinge a los investigadores civiles, mientras que esta máquina francesa está exclusivamente reservada a los ingenieros militares. En estado actual, su capacidad de 2,5 a 5 millones de amperios es incapaz de generar la temperatura de la máquina Z estadounidense, que entregaba 18 millones. Pero un tal dispositivo puede ser actualizado relativamente fácilmente. La máquina Z de Sandia fue precisamente desmontada en septiembre de 2006 para recibir una renovación que aumentará en un 50% sus capacidades. Es el programa ZR (por "Z Refurbished") el que debería estar plenamente operativo en verano de 2007, con una intensidad elevada a 27 millones de amperios, siempre entregados en 100 nanosegundos. Se espera que las temperaturas alcanzadas de esta manera aumenten aún más. Y como veremos más adelante, los estadounidenses no se quedarán ahí: ya han fijado una nueva técnica para alcanzar los 60 millones de amperios.

Oficialmente, hace unos meses los militares franceses no sabían realmente qué hacer. Por un lado, estas investigaciones parecen muy prometedoras, pero el CEG no tiene realmente investigadores capaces de explorar este nuevo terreno a nivel fundamental. Por otro lado, la DGA quiere controlar totalmente estas investigaciones para ponerles, si algo importante sale, el sello de secreto militar. También es una preocupación que se puede tener con respecto a los laboratorios Sandia, gestionados en realidad por el ministerio de defensa y el ejército estadounidense (los fondos provienen de la NNSA, la National Nuclear Security Administration)... y es precisamente todo el interés de realizar otras investigaciones independientes en otros lugares. Dilema: ¿cómo abrir el Centro Militar de Gramat a los civiles?

La respuesta, deprimente para algunos o simple constatación previsible para otros, ha sido dada por el periodista Matthieu Quiret en la edición del 16 de mayo de 2007 del diario económico Les Échos, accesible en línea en la dirección:

http://www.lesechos.fr/info/metiers/4576329.htm

y cuyo contenido reproducimos aquí (el pasaje interesante está en rojo):

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Les Échos

del 16 de mayo de 2007

Competencias

NUCLEAR

La máquina Z francesa se niega a la energía

Pequeño "Esfinge".

En pleno Quercy, en el Centro de Estudios de Gramat (CEG), la DGA explota desde hace unos años una pequeña máquina Z francesa (2,5 millones de amperios), bautizada "Esfinge". Al igual que su hermana mayor estadounidense, se utiliza principalmente para probar la resistencia de las cabezas nucleares.

A diferencia de ella, no conocerá experimentaciones civiles. Hace algunos años, los investigadores de Gramat habían lanzado señales a su tutela militar para diversificar sus estudios, sin éxito.

Interrogado por "Les Echos", el muy "fiero" CEG asegura hoy no tener ningún proyecto energético. Esta timidez en la inversión preocupa a los especialistas en compresión.

Las competencias francesas en este ingenio eléctrico de potencia están en peligro, afirma uno de ellos.

En Gran Bretaña, una máquina equivalente, la Magpie del Imperial College (1,4 millones de amperios), trabaja activamente en la compresión magnética, especialmente con fondos estadounidenses. No es lo suficientemente potente como para alcanzar los objetivos de la máquina Z, pero es utilizada por los estadounidenses para completar sus investigaciones sobre la compresión en sí misma. Los rusos también estarían a punto de invertir en este tema de investigación.

Ahora, al menos sabemos claramente a qué atenerse. A pesar de las competencias que posee Francia y la ayuda ofrecida por los rusos, el ejército ha decidido: no habrá investigación civil francesa sobre fusión por compresión magnética.

Mientras tanto, ¿dónde están los estadounidenses y hacia dónde van? En el mismo número del periódico Les Échos, como contraste con la mención del bloqueo de toda investigación francesa en el tema, la fusión nuclear controlada del hidrógeno gracias a la máquina Z se vulgariza ampliamente en un segundo artículo titulado "Nuclear: la máquina Z estadounidense desafía a Iter" que puede leerse en la dirección:

http://www.lesechos.fr/info/metiers/4576219.htm

Reproducimos aquí la ilustración de este artículo:

**Cómo la máquina Z estadounidense fusiona los isótopos de hidrógeno
**(reacción de deuterio-deuterio que genera neutrones moderadamente energéticos a 2,45 MeV)

Es la técnica indirecta ya antigua del "hohlraum", del "horno de rayos X" comprimiendo y calentando una cápsula que contiene isótopos de hidrógeno hasta la fusión, gracias a una espuma especial y una jaula de alambre de tungsteno. La experiencia se logró por primera vez el 7 de abril de 2003 en la máquina Z (comunicado de prensa). La ataque directa sin recurrir a la técnica del hohlraum, mediante ultra alta temperatura, de reacciones nucleares puras que no liberan casi ningún neutrón (litio-hidrógeno o boro-hidrógeno) gracias a la técnica reciente de la jaula de alambre de acero inoxidable (3.700 millones de grados a finales de 2005) aún no se menciona. Pero la idea de la fusión por compresión magnética comienza a tomar fuerza en los medios franceses.

Hasta ahora (1996-2006), la máquina Z de los laboratorios Sandia era esto:

La máquina Z en sección. Obsérvese el tamaño del estanque marrón y la longitud de las líneas de agua azules.

Envergadura: 33 metros. Y cuando la corriente se conmuta, aquí están los arcos eléctricos que se propagan en la superficie del enorme estanque aislante de aceite y agua:

Los cortocircuitos circulando en la superficie de la máquina Z, entre partes metálicas emergentes

Las "líneas de agua" permiten aumentar la potencia entregada a la diana comprimiendo en el tiempo la impulso eléctrico inicial (del orden de algunas microsegundos) entregado por los generadores de Marx periféricos, de tal manera que el pulso final entregado en la jaula de alambre en el centro dura solamente 100 nanosegundos.

Pregunta: ¿cómo aumentar la potencia? Varios posibilidades:

Una primera respuesta se da mecánicamente con ZR en 2007: se mantiene el mismo método pero se mejoran los elementos constitutivos. Por ejemplo, aún hay 36 generadores de Marx del mismo tamaño que los antiguos, pero con condensadores que almacenan el doble de energía. El disparador láser de gas de 4 julios común a los 36 conmutadores es reemplazado por 36 disparadores láser individuales. Las líneas de transmisión con aislamiento de agua son verticales y triplacas (horizontalmente doble placa antes) menos ocupantes y generan menos burbujas, etc.

Nada impide posteriormente "apilar todos estos elementos". Multiplicando por dos la altura del estanque, un "doble ZR" daría mecánicamente 54 millones de amperios.

El especialista francés Mathias Bavay, emigrado a los EE.UU. en Sandia por no haber obtenido los créditos solicitados en Francia en Gramat, había imaginado una máquina Z capaz de entregar inmediatamente 60 millones de amperios en 100 nanosegundos, gracias a una astuta autocompresión de flujo magnético utilizando dos liners coaxiales, sin explosivos (para los detalles ver la explicación divulgativa de su tesis).

Jean-Pierre Petit, por su parte, sugirió reemplazar el conjunto voluminoso "generadores de Marx + líneas conductoras + estanque" por un generador de compresión de flujo con explosivo, dispositivo ultra compacto generando 100 millones de amperios inventado por Andrei Sakharov en la década de 1950 (generador MK-2) o una variante más perfeccionada (como el generador de discos DEMG, más rápido). Los rusos son en efecto expertos en el arte de las "altas potencias pulsadas". Lea a este respecto la página Los principios básicos de las máquinas MHD rusas.

El dibujo siguiente es solo esquemático. Es una simple manipulación "para un laboratorio de universidad o Gran Escuela", con el objetivo de realizar una primera aproximación a estos temas. El generador de Sakharov, con su solenoide, puede dar intensidades eléctricas muy altas, pero el tiempo de descarga es demasiado largo. Para descubrir un generador con explosivo ultra-rápido, vea el DEMG ruso, increíblemente ingenioso (ver en el medio de esta página) .

Esquema de montaje sugiriendo un acoplamiento entre una máquina Z y un generador de Sakharov
A la derecha: el generador MHD por inducción, simple solenoide que rodea la diana. En la parte inferior: el conmutador de clavija ultra-rápido, impulsado por explosivo

Pero otra vía prometedora para la fusión por compresión magnética dentro de una máquina Z parece ahora dibujarse en los Estados Unidos, con el apoyo de los rusos: el generador LTD (Linear Transformer Driver) cuyos avances muy rápidos fueron anunciados con gran pompa por los laboratorios Sandia en abril de 2007. Lea a este respecto:

La máquina Z potenciada con LTD --- ---