{"id":309365,"date":"2019-11-21T15:40:00","date_gmt":"2019-11-21T18:40:00","guid":{"rendered":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=309365"},"modified":"2019-11-21T15:40:00","modified_gmt":"2019-11-21T18:40:00","slug":"turbulencia-creativa","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/turbulencia-creativa\/","title":{"rendered":"Turbulencia creativa"},"content":{"rendered":"

Los sistemas turbulentos, con fluctuaciones aleatorias, pueden ser imprevisibles, lo cual dificulta la formulaci\u00f3n de modelos explicativos sobre fen\u00f3menos naturales. Pero el est\u00edmulo, hasta cierta medida, a la presencia de turbulencias, puede ser positivo en el interior de los tokamaks, los reactores experimentales de fusi\u00f3n nuclear donde dos n\u00facleos de diferentes is\u00f3topos del \u00e1tomo de hidr\u00f3geno se unen, forman un n\u00facleo del \u00e1tomo de helio y liberan energ\u00eda. Esta idea, aparentemente parad\u00f3jica, fue propuesta por el f\u00edsico brasile\u00f1o Vin\u00edcius Njaim Duarte, quien lleva adelante una pasant\u00eda posdoctoral en la Universidad de Princeton, en Estados Unidos, con el objetivo de atenuar la p\u00e9rdida de energ\u00eda en esos reactores de plasma sobrecalentado provocada por un fen\u00f3meno conocido como chirping<\/em>, trino o gorjeo. Este abordaje se propuso inicialmente como teor\u00eda; se lo simul\u00f3 su empleo en computadora y posteriormente se lo prob\u00f3 con \u00e9xito, en tres tokamaks. “Cuanto mayor es la turbulencia, menores son las posibilidades de aparici\u00f3n del chirping<\/em>“, explica Duarte, quien relat\u00f3 los experimentos en un art\u00edculo publicado en diciembre del a\u00f1o pasado en la revista Physics of Plasmas<\/em> del Instituto Americano de F\u00edsica.<\/p>\n

Inaudible a los o\u00eddos humanos, el gorjeo es una especie de trinar emitido por ondas que se propagan por el plasma de reactores y t\u00e9cnicamente se asemeja al canto de las aves en algunos aspectos. El chirping <\/em>emerge de las interacciones entre oscilaciones del plasma y part\u00edculas altamente energ\u00e9ticas. Este efecto expulsa a las part\u00edculas fuera del equipo, enfriando y comprometiendo la continuidad de las reacciones de fusi\u00f3n nuclear. Cada tokamak exhibe un patr\u00f3n de chirping<\/em> distinto, que lo dota de una identidad propia: algunos gorjean mucho, otros, poco. \u00a0Este fen\u00f3meno tambi\u00e9n es com\u00fan en objetos astron\u00f3micos y ocurre, por ejemplo, en el plasma de la magnet\u00f3sfera del Sol, el exterior de la atm\u00f3sfera de la estrella, llena de part\u00edculas cargadas el\u00e9ctricamente. La turbulencia es, en cierto modo, una caracter\u00edstica inherente a los fluidos. En general, no necesita induc\u00edrsela y surge naturalmente debido al movimiento de las part\u00edculas del plasma. \u201cLa turbulencia es, en general, algo indeseable en cualquier sistema, pero, en el caso de los tokamaks, puede llevar a escenarios que posibilitan el aumento de la producci\u00f3n de energ\u00eda en el plasma”, explica el f\u00edsico Ricardo Galv\u00e3o, director del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe) y director de la tesis doctoral de Duarte sobre el tema, defendida a mediados del a\u00f1o pasado en el Instituto de F\u00edsica de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IF-USP).<\/p>\n

\"\"<\/a>Galv\u00e3o lo acept\u00f3 como alumno a pedido del f\u00edsico italiano Roberto Antonio Clemente, del Instituto de F\u00edsica Gleb Wataghin de la Universidad Estadual de Campinas (IFGW-Unicamp). Muy enfermo, Clemente, quien dirigi\u00f3 parcialmente la maestr\u00eda de Duarte y falleci\u00f3 en 2011, le pidi\u00f3 acoger al estudiante en el doctorado. El f\u00edsico de la USP vio el potencial de Duarte para la investigaci\u00f3n y lo envi\u00f3 a Princeton para trabajar con uno de sus colaboradores, el f\u00edsico ruso Nikolai Gorelenkov. Su tema original de investigaci\u00f3n doctoral estaba ligado a la f\u00edsica de plasmas, pero no a la cuesti\u00f3n del chirping<\/em>.\u00a0 “Mientras desarrollaba su tema original, Duarte asisti\u00f3 a seminarios y percibi\u00f3 que ese problema no estaba explicado”, cuenta Galv\u00e3o.\u00a0 “Y resolvi\u00f3, por su cuenta, investigar el tema y el resultado fue excelente: su pasant\u00eda tuvo que ser prolongado por un a\u00f1o m\u00e1s, financiada ahora por Princeton, para que pudiera estudiar el chirping<\/em>. Fue durante ese per\u00edodo que tuvo la idea de controlar al gorjeo de los reactores mediante el est\u00edmulo de la turbulencia en el plasma.<\/p>\n

Con el objetivo de probar el modelo propuesto por Duarte, se realizaron experimentos espec\u00edficos en el DIII-D, tokamak, del Departamento de Energ\u00eda de Estados Unidos que funciona en los laboratorios de la empresa General Atomics en San Diego, California, en los que el plasma fue operado en una geometr\u00eda peculiar, que sabidamente mitiga la turbulencia. El chirping<\/em>, normalmente bastante raro en el DIII-D, se mostr\u00f3 predominante en esa geometr\u00eda. En tokamaks que normalmente presentan mucho chirping<\/em>, como el NSTX, de Princeton, Duarte y sus colegas de Princeton adoptaron una geometr\u00eda que favorec\u00eda la turbulencia y reduc\u00eda el problema en el reactor. Antes de confirmar el papel clave de la turbulencia, los investigadores probaron otras hip\u00f3tesis, como la colisi\u00f3n entre las part\u00edculas o sus velocidades de resonancia, pero nada permit\u00eda controlar el chirping<\/em>. “El entendimiento que obtuvimos sobre los plasmas en el laboratorio ser\u00eda \u00fatil tambi\u00e9n para explicar y controlar el chirping <\/em>en la naturaleza”, comenta Gorelenkov, coautor del trabajo. Los resultados fueron tan alentadores que el m\u00e9todo propuesto por Duarte ser utilizar\u00e1 en otros tokamaks como el Iter, el mayor proyecto de reactor de este tipo, actualmente en construcci\u00f3n en el sur de Francia, cuyo objetivo es demostrar la factibilidad econ\u00f3mico-cient\u00edfica de la producci\u00f3n de energ\u00eda con base en la fusi\u00f3n nuclear. Con previsi\u00f3n para comenzar a operar en 2025, el megatokamak implica la participaci\u00f3n de 35 pa\u00edses y una inversi\u00f3n del orden de los 20 mil millones de euros. Se espera es que el Iter sea capaz de generar 10 veces m\u00e1s energ\u00eda de lo que gasta: 500 megavatios (MW) producidos a partir de 50 MW de potencia inyectada. Sus defensores dicen que, por ser muy grande, el reactor ser\u00e1 m\u00e1s eficiente en la producci\u00f3n de energ\u00eda que sus an\u00e1logos menores. La fusi\u00f3n nuclear es m\u00e1s segura y resulta en menos desechos radiactivos que la fusi\u00f3n nuclear, actualmente empleada para producir energ\u00eda en centrales at\u00f3micas, en las cuales se rompen los n\u00facleos de los \u00e1tomos. El problema reside en que los tokamaks actuales, a diferencia de las centrales nucleares, consumen m\u00e1s energ\u00eda de lo que producen. El mayor experimento de fusi\u00f3n nuclear en funcionamiento del mundo, el JET, ubicado en Culham, Inglaterra, obtuvo una eficiencia m\u00e1xima del 67%: para generar 16 MW gasta 24 MW.<\/p>\n

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ITER Organization\/ EJF Riche<\/span><\/a> Una imagen de marzo de 2018 registra la construcci\u00f3n, en el sur de Francia, del Iter, que ser\u00e1 el mayor reactor de fusi\u00f3n nuclear del mundoITER Organization\/ EJF Riche<\/span><\/p><\/div>\n

La energ\u00eda de las estrellas<\/strong>
\nEn los laboratorios, la f\u00edsica de plasmas intenta imitar a la naturaleza. El proceso de fusi\u00f3n nuclear de los tokamaks es el mismo por el cual las estrellas, como el Sol, producen su energ\u00eda. En estos objetos celestes, una atracci\u00f3n gravitacional descomunal lleva a los \u00e1tomos de hidr\u00f3geno a estar muy cerca unos de otros, a tal punto que la fusi\u00f3n entre ellos se vuelve inevitable. En teor\u00eda, parece sencillo juntar dos is\u00f3topos de hidr\u00f3geno para formar un n\u00facleo de helio, pero dentro de los reactores esto no es tan trivial. Para emular las condiciones de las estrellas, en el interior de los tokamaks, los f\u00edsicos deben agitar bastante los \u00e1tomos. La temperatura m\u00ednima de ignici\u00f3n de las reacciones de fusi\u00f3n en los tokamaks es de unos 150 millones de grados Celsius, 10 veces superior a la del centro del Sol.<\/p>\n

El tokamak tiene forma toroidal, similar a la c\u00e1mara de un neum\u00e1tico. Gira en su interior, confinada por fuertes campos magn\u00e9ticos, una sopa de plasma de hidr\u00f3geno \u2013un estado de la materia en el cual los gases se calientan a punto tal que los electrones escapan de los \u00e1tomos\u2212 y de part\u00edculas r\u00e1pidas, entre ellas n\u00facleos del \u00e1tomo de helio, tambi\u00e9n denominados part\u00edculas alfa. “Hacer de la fusi\u00f3n un proceso eficiente y autosostenible implica no dejar que las part\u00edculas r\u00e1pidas escapen del reactor, a fin de que puedan transferir su energ\u00eda al resto del plasma”, explica Duarte.<\/p>\n

Proyecto<\/strong>
\nModos ac\u00fasticos geod\u00e9sicos y continuos de Alfv\u00e9n en columnas de plasma con rotaci\u00f3n (n\u00ba 12\/22830-2); Modalidad<\/strong> Beca de doctorado; Investigador responsable<\/strong> Ricardo Galv\u00e3o (USP); Becario <\/strong>Vin\u00edcius Njaim Duarte; Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 86.783,64 e R$ 78.445,84 (Beca de Pasant\u00eda de Investigaci\u00f3n en el Exterior, n\u00ba 14\/ 03289-4).<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico<\/strong>
\nDUARTE, V. et al<\/em>. Theory and observation of the onset of nonlinear structures due to eigenmode destabilization by fast ions in tokamaks<\/a>. Physics of Plasmas<\/strong>. v.\u00a024, n. 12. dez. 2017.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Al estimulares las fluctuaciones aleatorias, se puede aumentar la producci\u00f3n de energ\u00eda en reactores de fusi\u00f3n nuclear","protected":false},"author":641,"featured_media":309372,"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":[181],"tags":[304],"coauthors":[1664],"class_list":["post-309365","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-ciencia-es","tag-fisica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/309365","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\/641"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=309365"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/309365\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":309389,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/309365\/revisions\/309389"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/309372"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=309365"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=309365"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=309365"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=309365"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}