Un nuevo uso de láseres podría acercar la fusión nuclear sin temperaturas extremas

La fusión nuclear controlada es una de las grandes promesas energéticas del siglo XXI, ya que proporcionaría energía limpia y prácticamente ilimitada. Sin embargo, aún no se ha encontrado la forma de reproducir este fenómeno de forma estable y controlada en la Tierra.

Ahora, un grupo de científicos chinos ha dado un paso teórico relevante en la carrera por lograrlo. En un estudio conjunto publicado en la revista Nuclear Science and Techniques, los investigadores Jintao Qi, Zhaoyan Zhou y Xu Wang han analizado cómo los campos láser intensos podrían facilitar las reacciones de fusión, reduciendo una de las principales barreras físicas que las hacen tan difíciles de alcanzar en la práctica.

La fusión nuclear –el mismo proceso que alimenta a las estrellas– consiste en unir núcleos atómicos ligeros para liberar enormes cantidades de energía. El principal obstáculo es la fuerte repulsión eléctrica entre núcleos con carga positiva, conocida como barrera de Coulomb. Para superarla, los métodos actuales requieren calentar el combustible hasta decenas de millones de grados, una exigencia técnica que convierte la fusión en uno de los mayores desafíos de la física moderna.

El nuevo trabajo plantea una alternativa complementaria: utilizar láseres de gran intensidad para modificar la energía relativa con la que colisionan los núcleos. Según el análisis, estos campos externos no sustituyen al calentamiento extremo, pero sí pueden aumentar la probabilidad de que los núcleos atraviesen la barrera de Coulomb mediante un efecto cuántico llamado tunelización. En otras palabras, el láser actúa como un «empujón» adicional que facilita la reacción.

Láseres lentos, resultados inesperados

Uno de los hallazgos más llamativos del estudio es que los láseres de baja frecuencia, como los infrarrojos utilizados en muchos sistemas de estado sólido, resultan más eficaces que los láseres de alta frecuencia, como los rayos X, a la hora de potenciar la fusión. Esta conclusión desafía la intuición inicial: aunque un fotón de rayos X tiene mucha más energía que uno óptico, eso no se traduce necesariamente en una mayor eficiencia en este contexto.

La clave está en la interacción múltiple. Durante una colisión nuclear asistida por un láser de baja frecuencia, los núcleos pueden absorber y emitir un gran número de fotones. Este intercambio masivo ensancha el rango efectivo de energías de colisión, aumentando notablemente la probabilidad de que se produzca la tunelización cuántica. El resultado es una mejora significativa de la tasa de fusión sin necesidad de elevar tanto la temperatura del sistema.

Para cuantificar este efecto, los investigadores utilizaron como referencia la reacción de deuterio-tritio, la más estudiada en los proyectos actuales de fusión. En condiciones normales, una colisión a una energía de 1 keV tiene una probabilidad de fusión extremadamente baja. Sin embargo, al aplicar un láser infrarrojo con una intensidad de 10²⁰ vatios por centímetro cuadrado, la probabilidad aumenta mil veces. Si la intensidad se eleva hasta 5×10²¹ W/cm², el incremento alcanza nueve órdenes de magnitud.

Este salto es especialmente relevante porque, en términos prácticos, la sección eficaz de fusión a 1 keV con asistencia láser se vuelve comparable a la que se obtiene a 10 keV sin láser, una energía mucho más difícil de alcanzar y mantener en un reactor.

Aunque el estudio es puramente teórico, ofrece un marco unificado para analizar la fusión asistida por láseres de distintas frecuencias e intensidades. Sus conclusiones sugieren que los campos láser intensos podrían relajar las exigencias térmicas que hoy limitan el desarrollo de la fusión controlada, abriendo nuevas vías de investigación.

Los autores subrayan que este enfoque aún está lejos de una aplicación directa. El modelo se basa en un sistema idealizado de dos núcleos, mientras que un reactor real implica plasmas complejos, interacciones colectivas y pérdidas de energía. El siguiente paso será extender la teoría a escenarios más realistas, incorporando la física del plasma y la interacción láser-materia.

Aun así, el trabajo se inscribe en un campo emergente, el de la física nuclear asistida por láser, y ofrece orientación valiosa para futuros experimentos en instalaciones de láseres de alta intensidad, tanto actuales como de próxima generación. En un momento en que la búsqueda de fuentes energéticas limpias y prácticamente inagotables es más urgente que nunca, este tipo de avances teóricos añade nuevas piezas a un rompecabezas que la ciencia lleva décadas intentando resolver.