{"id":150522,"date":"2013-12-11T16:11:10","date_gmt":"2013-12-11T18:11:10","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=150522"},"modified":"2014-10-16T19:13:57","modified_gmt":"2014-10-16T22:13:57","slug":"alta-frecuencia","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/alta-frecuencia\/","title":{"rendered":"Alta frecuencia"},"content":{"rendered":"
\"Mantenimiento

LATINSTOCK\/MAXIMILIAN STOCK LTD\/SCIENCE<\/span>Mantenimiento del reactor de fusi\u00f3n en el Laboratorio JET, en InglaterraLATINSTOCK\/MAXIMILIAN STOCK LTD\/SCIENCE<\/span><\/p><\/div>\n

Investigadores del Instituto de F\u00edsica de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP) y de la empresa paulistana Politron desarrollaron y construyeron un nuevo amplificador de ondas de radiofrecuencia que funcionar\u00e1 en el principal laboratorio de fusi\u00f3n nuclear controlada de la actualidad: el Joint European Torus (JET), o la C\u00e1mara Toroidal Conjunta Europea, administrada por la Uni\u00f3n Europea en la ciudad de Culham, en el Reino Unido. El nombre del laboratorio proviene de la c\u00e1mara de la m\u00e1quina que presenta forma toroidal, similar a la de un neum\u00e1tico, ambas con un hoyo en el centro.<\/p>\n

La fuente de radiofrecuencia se encuentra bajo la responsabilidad conjunta de investigadores de la USP, de la Escuela Polit\u00e9cnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, y del Instituto de Tecnolog\u00eda de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos. Ellos constataron que no exist\u00eda en el mercado mundial una fuente con amplio espectro de frecuencia, la flexibilidad y la robustez necesaria para satisfacer las condiciones extremadamente estrictas con las que trabaja el JET. Las usinas de fusi\u00f3n nuclear representan una promesa de producci\u00f3n de energ\u00eda el\u00e9ctrica sin rastros de residuos radioactivos y con menor probabilidad de accidentes. El sistema es diferente al que se utiliza en la actualidad, de fisi\u00f3n nuclear, que a\u00fan genera desconfianza en cuanto al preparado de su combustible y al almacenaje de los desechos at\u00f3micos. En la fisi\u00f3n, la reacci\u00f3n nuclear prosigue incluso con el reactor desconectado. Para lograr la tecnolog\u00eda necesaria en una usina de fusi\u00f3n nuclear para mediados de este siglo, se est\u00e1n llevando a cabo varios experimentos en el todo el mundo.<\/p>\n

El amplificador de ondas de radio resulta fundamental para este proceso y la \u00fanica f\u00e1brica que mostr\u00f3 inter\u00e9s en desarrollar el dispositivo para ese consorcio internacional que la requiri\u00f3 fue Politron, que ahora est\u00e1 elaborando una patente de la invenci\u00f3n junto con la USP. \u201cSe trata de un caso paradigm\u00e1tico de colaboraci\u00f3n para la innovaci\u00f3n entre universidad y empresa\u201d, dice Ricardo Galv\u00e3o, profesor y coordinador del Laboratorio de F\u00edsica de Plasmas de la USP. En 2014, comenzar\u00e1 la fase m\u00e1s avanzada de mediciones y capacitaci\u00f3n de todo el sistema del JET y los amplificadores son componentes esenciales. \u201cNuestro dispositivo opera bajo condiciones que los equipamientos comerciales no contemplan\u201d, dice Galv\u00e3o. La firma Politron, fundada en 1950, fue pionera en el pa\u00eds en el desarrollo de m\u00e1quinas generadoras de ondas de radiofrecuencia, utilizadas en las l\u00edneas de producci\u00f3n de las m\u00e1s diversas industrias, desde calzados hasta miner\u00eda.<\/p>\n

\"Amplificador

Eduardo Cesar<\/span>Amplificador de espectro de ondas de radio producido en S\u00e3o PauloEduardo Cesar<\/span><\/p><\/div>\n

Se trata de una empresa de mediano porte que exporta hacia toda Am\u00e9rica Latina. Seg\u00fan Maria de Oliveira, su directora administrativa, en los \u00faltimos a\u00f1os la empresa viene sufriendo la competencia china, que abarrot\u00f3 el mercado con m\u00e1quinas de calidad relativamente inferior provistas por la mitad del precio en el mercado brasile\u00f1o. Como resulta imposible la competencia a escala global, Politron ha optado en los \u00faltimos a\u00f1os por ofrecer productos para clientes con necesidades espec\u00edficas. \u201cEstamos produciendo dispositivos a la medida para los laboratorios de diversas universidades brasile\u00f1as, tales como la UFRJ [Universidad Federal de R\u00edo de Janeiro], la UFMG [Universidad Federal de Minas Gerais], Unicamp [Universidad de Campinas], USP [Universidad de S\u00e3o Paulo] y UFSCAr [Universidad Federal de S\u00e3o Carlos]\u201d, comenta De Oliveira. \u201cEl desaf\u00edo radica en construir un amplificador que funciones permanentemente dentro de los par\u00e1metros requeridos\u201d, explica el ingeniero Alessandro de Oliveira Santos, gerente de investigaci\u00f3n y desarrollo de la empresa, quien se dedic\u00f3 al proyecto por dos a\u00f1os. El amplificador es el resultado de un convenio firmado en 2009 entre Brasil y la Comisi\u00f3n Europea de la Energ\u00eda At\u00f3mica (lea en <\/i>Pesquisa FAPESP, edici\u00f3n n\u00ba 186<\/i><\/a>)<\/p>\n

Mercado potencial
\n<\/b>Entre septiembre y octubre de este a\u00f1o, la ingeniera brit\u00e1nica Margaret Graham, del JET, visit\u00f3 Brasil y trabaj\u00f3 con el equipo de la USP y de Politron en la evaluaci\u00f3n final de la versi\u00f3n industrial del amplificador. \u201cLos test resultaron exitosos\u201d, coment\u00f3. \u201cS\u00f3lo faltan algunos m\u00ednimos detalles que corregiremos en Inglaterra\u201d. El 29 de octubre, Francesco Romanelli, director del JET, confirm\u00f3 mediante un memor\u00e1ndum que el laboratorio ingl\u00e9s se hallaba listo para recibir el amplificador y solicitaba formalmente el aparato a la USP. \u201cEl amplificador y otras siete unidades se enviar\u00e1n posteriormente al laboratorio europeo\u201d, dice Galv\u00e3o. La expectativa de Politron y los cient\u00edficos de la USP apunta a que, en caso de que todo vaya bien durante los experimentos en Inglaterra, otros laboratorios en el mundo se interesen por adquirir los nuevos amplificadores. Fundamentalmente, el reactor experimental termonuclear internacional (Iter), ocho veces mayor que el JET, en construcci\u00f3n desde 2007 en Cadarache, Francia. El proyecto est\u00e1 financiado por un consorcio integrado por la Uni\u00f3n Europea, China, Corea del Sur, Estados Unidos, la India y Jap\u00f3n. Las obras del Iter se encuentran atrasadas y se espera que est\u00e9 listo en 2020.<\/p>\n

El combustible de los reactores de fusi\u00f3n est\u00e1 formado por dos tipos de hidr\u00f3geno pesado, el deuterio, que puede extraerse del agua del mar, y el tritio, que se elabora a partir del litio. Una mezcla de deuterio y tritio se inyecta en un Tokamak, una m\u00e1quina concebida por los sovi\u00e9ticos en los a\u00f1os 1960 y a la que se la est\u00e1 perfeccionando para que sea el reactor de las nuevas usinas nucleares. En el interior de la c\u00e1mara del aparato, se calienta al hidr\u00f3geno hasta que sus electrones se separan de los n\u00facleos at\u00f3micos, generando un gas cargado el\u00e9ctricamente, al que se lo denomina plasma. Los campos magn\u00e9ticos aprisionan el plasma que gira en el toro, impidiendo que se enfr\u00ede y da\u00f1e la pared de la c\u00e1mara al tocarla (observe la infograf\u00eda de arriba<\/i>). Si la temperatura del plasma alcanza los 150 millones de grados Celsius (10 veces m\u00e1s que la temperatura en el centro del Sol), los n\u00facleos de deuterio y litio comienzan a fundirse luego de colisionar, produciendo helio y neutrones, ambos altamente energ\u00e9ticos.<\/p>\n

Los n\u00facleos de helio permanecer\u00edan dentro del plasma, ayudando a calentarlo y provocando nuevas reacciones de fusi\u00f3n, mientras que los neutrones, por ser inmunes al campo magn\u00e9tico, escapar\u00edan, colisionando con las paredes del Tokamak y generando el calor para impulsar las turbinas de un generador el\u00e9ctrico. La fusi\u00f3n ser\u00eda m\u00e1s segura que la fisi\u00f3n porque como el plasma se enfr\u00eda muy r\u00e1pido, la reacci\u00f3n se interrumpe inmediatamente al desconectar los campos magn\u00e9ticos. Con todo, restan muchos desaf\u00edos tecnol\u00f3gicos por superarse para plasmar el concepto de la fusi\u00f3n nuclear.<\/p>\n

Como le\u00f1a h\u00fameda
\n<\/b>El JET posee el mayor Tokamak que se haya construido, que est\u00e1 concebido para albergar 80 metros c\u00fabicos de plasma. En operaci\u00f3n desde 1983, logr\u00f3 la primera reacci\u00f3n de fusi\u00f3n controlada de la historia, en 1991, que dur\u00f3 tan s\u00f3lo algunos segundos. La reacci\u00f3n de fusi\u00f3n a\u00fan no persiste lo suficiente como para generar m\u00e1s energ\u00eda el\u00e9ctrica que la que consume. \u201cEs como querer prender una hoguera con le\u00f1a h\u00fameda\u201d, compara Galv\u00e3o. \u201cAs\u00ed como es necesario acabar con toda la humedad para que la propia energ\u00eda del fuego sostenga la combusti\u00f3n de la madera, los n\u00facleos de helio deben permanecer en el plasma el tiempo suficiente como para que la propia energ\u00eda de la reacci\u00f3n mantenga el plasma caliente. Para lograrlo ser\u00e1 necesario aumentar el tama\u00f1o de la \u2018hoguera\u2019 del plasma\u201d.<\/p>\n

\"Reator_214\"Ana paula Campos<\/span><\/a>El equipo de Galv\u00e3o colabora desde 2011 con el JET en el proyecto de investigaci\u00f3n, que iniciaron los suizos y el MIT, para estudiar un tipo de onda que se propaga en el plasma utilizado en la fusi\u00f3n: las ondas Alfv\u00e9n. La mayor preocupaci\u00f3n radica en aqu\u00e9llas que se producen por el movimiento de los n\u00facleos de helio (part\u00edculas alfa) generados en la fusi\u00f3n. No se sabe con certeza cu\u00e1nto tiempo duran esas ondas y cu\u00e1nto pueden entorpecer la continuidad de las reacciones en el JET. Al excitar a las ondas Alfv\u00e9n, las part\u00edculas alfa pierden energ\u00eda, enfriando al plasma y dificultando la prosecuci\u00f3n de las reacciones de fusi\u00f3n. Los investigadores producen las ondas Alfv\u00e9n por medio de ondas de radiofrecuencia en el plasma. A partir de 2009, el equipo suizo de la EFPL trabaja con miras a perfeccionar un sistema compuesto por ocho antenas de radiofrecuencia en el seno del JET, que sirven tanto para generar ondas Alfv\u00e9n como para detectarlas. No obstante, los cient\u00edficos de la USP se percataron de un grave problema en el sistema. La se\u00f1al de radiofrecuencia provista por las antenas era generada por un amplificador comercial por medio de un cable de 100 metros. Las simulaciones y ensayos realizados por el equipo de Galv\u00e3o comprobaron que, al variar la frecuencia, las resonancias naturales de la l\u00ednea de transmisi\u00f3n provocaban se\u00f1ales reflejadas de alta amplitud que forzaban la desconexi\u00f3n del amplificador.<\/p>\n

\u201cEl sistema antiguo no tiene c\u00f3mo alimentar las antenas\u201d, explica el f\u00edsico ucraniano Leonid Ruchko, quien trabaja en Brasil junto a Galv\u00e3o desde 1995. Bas\u00e1ndose en soluciones que cre\u00f3 para los experimentos con ondas Alfv\u00e9n del equipo brasile\u00f1o, realizadas en el Tokamak existente en la USP de S\u00e3o Paulo, Ruchko ide\u00f3 un nuevo concepto de amplificador, basado en transistores de alta velocidad y capaz de amplificar un rango de radiofrecuencias que va desde los 10 kilohertz hasta 1 megahertz. La rapidez y robustez del amplificador impiden que lo afecten los pulsos de alta tensi\u00f3n reflejados. \u201cCuenta con una buena protecci\u00f3n contra la reflexi\u00f3n\u201d, dice el f\u00edsico. Ruchko propuso que cada una de las ocho antenas fuese alimentada por un amplificador. Cada una generar\u00eda un pulso de onda breve y preciso. Controlando la forma y la duraci\u00f3n de esos pulsos, por computadora, ser\u00eda posible combinarlos para producir dentro del plasma las ondas Alfv\u00e9n con las propiedades deseadas.<\/p>\n

Luego de aprobarse el concepto de Ruchko y el prototipo construido por el equipo de la USP, comenz\u00f3 la b\u00fasqueda de una empresa que deriv\u00f3 en la aprobaci\u00f3n de Politron y la financiaci\u00f3n del proyecto por la FAPESP y la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep), del Ministerio de Ciencia, Tecnolog\u00eda e Innovaci\u00f3n. El costo total del dispositivo fue de 150 mil d\u00f3lares. \u201cEl logro de tornar operativo el proyecto de Ruchko para conseguir que el equipamiento funcione con total seguridad, inmune a se\u00f1ales reflejadas, fue algo excepcional. \u00c9sa es la clase de robustez que vale una patente\u201d, dice Santos.<\/p>\n

Proyecto
\n<\/span><\/strong>N\u00facleo de excelencia en f\u00edsica y aplicaciones de plasmas \u2013 FAPESP-MCT\/ CNPq-pronex-2011 (n\u00ba 2011\/ 50773-0<\/a>); Modalidad<\/b> Proyecto Tem\u00e1tico; Coord.<\/b> Ricardo Galv\u00e3o\/ USP; Inversi\u00f3n<\/b> R$ 1.633.433,66 y US$ 705.552,82 (FAPESP).<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Cient\u00edficos desarrollan aparato para laboratorio de fusi\u00f3n nuclear en el Reino Unido","protected":false},"author":14,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[304],"coauthors":[103],"class_list":["post-150522","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es","tag-fisica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/150522","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/14"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=150522"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/150522\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=150522"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=150522"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=150522"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=150522"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}