Fusión en Frío: una nueva perspectiva

Dr. Jonathan Tennenbaum

A últimas fechas han aparecido informes confiables sobre grandes grupos de inversionistas estadounidenses así como de grandes compañías dedicadas a la investigación que han decidido invertir grandes sumas de dinero en el fomento de la “fusión en frío” como recurso energético. Hay, efectivamente, una carrera sobre los derechos de patentes, de personal capacitado y de laboratorios para alcanzar esta meta. La razón de este repentino interés por parte de los empresarios estadounidenses no está clara, pero, al mismo tiempo, el Departamento de Energía de Estados Unidos y la mayoría de los científicos siguen en su postura de que la fusión en frío no existe.

La fusión en frío, como se recordará, es un fenómeno que fue dado a conocer por los químicos Fleischman y Pons en 1989, sobre la generación de cantidades significativas de calor producido por reacciones de fusión nuclear entre núcleos de deuterio implantados o “cargados” a alta densidad en una cubierta reticular cristalina de ciertos metales -a temperatura ambiente y sin producir cantidades peligrosas de radiación ionizada del tipo que normalmente acompaña las reacciones nucleares. El término “reacciones nucleares de energía reducida” (LENR) se ha vuelto costumbre, para expresar la opinión de algunos científicos en el sentido de que quizá puedan ocurrir otros procesos nucleares además de la fusión.

No es necesario decir que la idea de una fuente de energía nuclear que cabe en el portafolio, que no produce ninguna radioactividad peligrosa y que tiene un abastecimiento de combustible prácticamente inagotable, parece “demasiado bueno para ser verdad.” La situación en torno de la fusión en frío en la actualidad es, francamente, paradójica. El consenso académico es que el fenómeno de la fusión en frío no existe, que las observaciones de las que se informó no son válidas por partir de errores experimentales y que la fusión en frío es imposible según las leyes conocidas de la física. Ya indicaré más adelante porque esta última afirmación es prematura e incorrecta.

Lo que parece increíble, en especial, es la ausencia de radiación ionizante significativa (radioactividad) que acompaña a la producción de energía en los experimentos de fusión en frío. Sus críticos hablan inclusive de se trata de una pseudo ciencia o de “ciencia patológica.” Sin embargo, la investigación de la fusión en frío ha continuado en laboratorios gubernamentales, universitarios y privados por todo el mundo, inclusive en Estados Unidos, Japón, India, Rusia, Italia y otros países europeos -aunque con frecuencia en el sigilo. Ha surgido un conjunto de científicos que no temen poner en peligro su reputación por comprometerse en este trabajo y que asisten con regularidad a conferencias y seminarios sobre el tema.

Habría que recalcar que aunque se han realizado cientos de experimentos científicos en laboratorios sin relación entre sí de todo el globo, para proporcionar pruebas de la existencia de la fusión en frío, los resultados son curiosamente esporádicos en su carácter (hasta donde sé) y no se pueden reproducir de forma confiable. Es evidente que las condiciones exactas en las que ocurren los fenómenos de la fusión en frío -partiendo de que existen realmente- no se entienden suficientemente. Con este telón de fondo, las afirmaciones de que los reactores de fusión en frío ya están funcionando en los sótanos de inventores excéntricos no son plausibles.

Según mi parecer, la cantidad y la variedad de pruebas experimentales a favor de la fusión en frío son tan grandes que es virtualmente imposible para un científico sin prejuicios rechazar las conclusiones de que algún tipo de reacciones suceden en por lo menos algunos de los experimentos. El hecho de que los efectos ocurran esporádicamente no viene al caso, por lo menos en lo que respecta a las conclusiones. Tampoco viene al caso que el efecto parezca contradecir el conocimiento actual de la física nuclear. La realidad es la realidad. Si una cantidad abrumadora de pruebas demuestra que algo está sucediendo, tenemos que aceptarlo, encaje o no en la teoría. Tenemos que darle la bienvenida a esta anomalía como una oportunidad para desarrollar nuestro conocimiento posterior. Quizás hasta nos conduzca a una revolución científica.

Mientras tanto, siguen apareciendo nuevos hechos que indican que el fenómeno de la fusión en frío no es de ninguna forma tan jalado de los pelos como parecía al principio, y quizá hasta podría comprenderse con los principios de la física nuclear actual, si primero se abandona las súper simplificaciones que se acostumbran.

Me gustaría referirme a la investigación experimental y teórica realizada a lo largo de 10 años por un equipo internacional dirigido por el físico nuclear polaco Konrad Czerski (ver referencias abajo). Los resultados tienen que ver no sólo con la fusión en frío, sino también con la comprensión de las reacciones nucleares que ocurren en el ambiente súper denso de los núcleos de las estrellas y, posiblemente, dentro de los planetas gigantes.

El equipo de Czerski ha investigado las características de las reacciones nucleares cuando tienen lugar dentro de material cristalino. Con este fin, utilizaron mecanismos aceleradores diseñados exprofeso para generar haces de alta corriente de iones de deuterio que tienen energías perfectamente definidas de un rango de 10 keV (y en el futuro hasta de menos de 1 keV), lo cual es mucho menos que energía que se utiliza común mente en los exprimentos de energía nuclear. Lo haces de deuterio irradian un blanco metálico que se ha “cargado” previamente con deuterio a muy alta presión, lo que produce colisiones entre los iones de deuterio del haz y de los iones dentro de la red cristalina. Se detectan reacciones de fusión, las cuales se analizan con un sistema detector moderno.

Hay que hacer notar que los experimentos revelan el ritmo de reacciones de fusión (las reacciones transversales) en el cristal son muchos órdenes de magnitud mayores que si hubiese tenido lugar en un espacio vacío. También hay diferencias notables en la razón de ramificaciones y en otras característica delas reacciones. Esos efectos dependen fuertemente de la composición y de la estructura del cristal, y se pueden reproducir de forma consistente.

La enorme mejoría en la proporción de reacciones de fusión puede explicarse en parte por la “electrón screening”: los electrones cargados negativamente, presentes en una gran densidad en el cristal, pueden “cancelar” parte de la fuerza repulsiva entre los iones de deuterio positivos, con los reducen, por lo tanto, la barrera Coulomb e incrementan grandemente la probabilidad de que sucedan reacciones de fusión. Este efecto es particularmente grande en energías de iones bajas.

Las estimaciones teóricas indican, sin embargo, que el mecanismo de “electron screening” en el cristal puede sólo parte del efecto. Czerski y sus colegas sugieren que el aumento extra en la razón de fusión se puede deber a un efecto de resonancia que involucra un estado excitado específico de núcleos compuestos que se forman cuando dos núcleos de deuterio se acercan lo suficiente uno al otro. Es necesario más trabajo para distinguir los dos efectos y descubrir el estado resonante que se sospecha.

Si la hipótesis es correcta, sería posible entonces explicar por qué, bajo ciertas condiciones, la emisión de cantidades significativas de radiación de alta energía se suprimiría de acuerdo a las leyes de la conservación de la física nuclear. La dependencia del efecto de mejoría en resonancias nucleares definidas con precisión así como detalles de la estructura cristalina (en especial defectos del cristal) podría ayudar a explicar por qué los experimentos de fusión en frío, en los que las energías de los iones apenas si se definen, tienen resultados inconsistentes. Esto sugiere también que la realización de la fusión en frío como fuente de energía comercial, en caso de que fuera posible, no sería tan sencilla como algunos esperan.

Sin meternos en detalles técnicos, quiero dar una lección general. El pensamiento popular de las partículas como pequeñas “bolas de billar” y del núcleo lleno de montones de bolas de billar, es algo muy lejano de la realidad. Incluso los “bloques de construcción” del núcleo atómico -protones y neutrones- son entidades extremadamente complejos. La enorme complejidad de las partículas, de los núcleos y de las reacciones nucleares y la imposibilidad de llevar a cabo cálculos exactos en la mayoría de los casos, ha inducido a los físicos a confiar en modelos sumamente simplificados. La mayoría de nuestro conocimiento empírico sobre los detalles y los parámetros de hasta las reacciones de fusión más simples se han obtenido de experimentos con energías elevadas, y no se le ha prestado suficiente atención a las energías reducidas. No es una exageración decir que la física de esas reacciones apenas comienza a estudiarse.

Sea cual sea el futuro de la fusión en frío, su descubrimiento ha abierto una apasionante rama de la ciencia: Física nuclear en estado sólido.

Referencias: K. Clerks et al.,”New Accelerator Facility for Measurements of Nuclear Reactions at Energies below 1 keV”, Acta Physica Polonica B, Vol. 45, 2014; K. Czerski et al., “Screening and resonance enhancements of the 2H(d, p)3H reaction yield in metallic environments”, EPL, 113, January 2016.

 

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