{"id":393455,"date":"2021-05-17T17:27:47","date_gmt":"2021-05-17T20:27:47","guid":{"rendered":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=393455"},"modified":"2021-05-17T17:27:47","modified_gmt":"2021-05-17T20:27:47","slug":"el-universo-2d-propicia-la-fusion-nuclear","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/el-universo-2d-propicia-la-fusion-nuclear\/","title":{"rendered":"El universo 2D propicia la fusi\u00f3n nuclear"},"content":{"rendered":"

En un escenario hipot\u00e9tico donde tan solo existen dos dimensiones en lugar de tres y, en lugar de electrones, son muones \u2013part\u00edculas elementales con carga el\u00e9ctrica negativa similar a la de los electrones, pero 207 veces m\u00e1s pesadas\u2013 los que orbitan el n\u00facleo de los \u00e1tomos de hidr\u00f3geno, las chances de que ocurran reacciones de fusi\u00f3n nuclear se incrementan alrededor de mil millones de veces. Estos c\u00e1lculos constan en un estudio te\u00f3rico publicado en diciembre de 2020 por cient\u00edficos del Centro Brasile\u00f1o de Investigaciones F\u00edsicas (CBPF, por sus siglas en portugu\u00e9s) y de la Universidad del Estado de R\u00edo de Janeiro (Uerj) en la revista cient\u00edfica The European Physical Journal D<\/em>. \u201cEn el mundo bidimensional, la tasa de fusi\u00f3n nuclear aumenta de manera fant\u00e1stica\u201d, comenta el f\u00edsico de part\u00edculas Francisco Caruso, del CBPF, autor principal de este trabajo. M\u00e1s all\u00e1 del uso de muones en lugar de electrones, ser\u00eda esa alteraci\u00f3n espacial la que aparentemente vuelve m\u00e1s factible el proceso, al menos seg\u00fan los c\u00e1lculos de los cient\u00edficos, y acaso incluso a temperatura ambiente.<\/p>\n

La fusi\u00f3n nuclear, un proceso que tiene lugar en las estrellas como el Sol para generar su energ\u00eda, viene estudi\u00e1ndose desde hace m\u00e1s de 80 a\u00f1os como una posible forma alternativa para generar electricidad de manera segura y sostenible, con una m\u00ednima producci\u00f3n de residuos y baja radiactividad, a diferencia de la fisi\u00f3n (rotura) nuclear, que se emplea en las centrales at\u00f3micas actuales. En el centro de las estrellas, sometidas a temperaturas de 15.000 grados Celsius y presiones descomunales, los n\u00facleos de dos o m\u00e1s \u00e1tomos de hidr\u00f3geno, el elemento qu\u00edmico m\u00e1s liviano de la tabla peri\u00f3dica, se fusionan y generan un \u00e1tomo levemente m\u00e1s pesado, de helio. Al cabo de ese proceso, se libera energ\u00eda. Esto ocurre porque el peso del \u00e1tomo de helio es ligeramente menor que la suma de la masa de los dos \u00e1tomos de hidr\u00f3geno. Esta discrepancia hace que una cantidad peque\u00f1a de masa escape de la estrella a altas velocidades y produzca energ\u00eda, tal como lo demuestra la famosa ecuaci\u00f3n de Einstein: E=mc2<\/sup> (la energ\u00eda es igual a la masa multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz).<\/p>\n

Sin embargo, hasta ahora no se ha hallado una forma econ\u00f3micamente factible de reproducir esta reacci\u00f3n en la Tierra. En todos los reactores experimentales construidos, en cuyo interior circula un plasma (un estado de la materia similar a un gas dotado de part\u00edculas con carga el\u00e9ctrica) supercaliente sometido a un intenso campo magn\u00e9tico, la energ\u00eda necesaria para promover la fusi\u00f3n siempre es mayor que la liberada al final del proceso. Las condiciones singulares simuladas en este nuevo trabajo pueden indicar un camino alternativo, aunque la construcci\u00f3n de un aparato o dispositivo de fusi\u00f3n nuclear capaz de explotar las peculiaridades f\u00edsicas de un entorno bidimensional constituye todo un reto para la ingenier\u00eda. \u201cPese a que todav\u00eda no existe un artefacto capaz de observar esta reacci\u00f3n en sistemas de dos dimensiones, el acelerador de part\u00edculas Triumf, en Canad\u00e1, est\u00e1 utilizando blancos muy delgados, que se emplean para estudiar la fusi\u00f3n catalizada por muones\u201d, comenta el f\u00edsico Felipe Carvalho, uno de los autores del estudio, quien actualmente realiza su doctorado bajo la direcci\u00f3n de Caruso y Vitor Oguri, de la Uerj.<\/p>\n

Desde finales de la d\u00e9cada de 1940, los f\u00edsicos saben que la fusi\u00f3n entre las llamadas mol\u00e9culas o \u00e1tomos mu\u00f3nicos, en las que estas part\u00edculas m\u00e1s pesadas reemplazan a los electrones, es m\u00e1s frecuente que en su versi\u00f3n convencional. Cuando el muon asume el papel del electr\u00f3n, el \u00e1tomo que se forma es mucho m\u00e1s denso. La distancia entre su n\u00facleo, donde se encuentran los protones y los neutrones, y su entorno habitado por muones es unas 200 veces menor que en el \u00e1tomo constituido por electrones. Esta peculiaridad permite que los \u00e1tomos mu\u00f3nicos se ubiquen bastante m\u00e1s cerca unos de otros y, naturalmente, su potencial de fusi\u00f3n es m\u00e1s elevado. Con todo, por s\u00ed sola, esta mayor predisposici\u00f3n a promover ese tipo de reacci\u00f3n no es suficiente para superar el obst\u00e1culo habitual que plantea la fusi\u00f3n con los \u00e1tomos tradicionales, dotados de electrones: la viabilidad econ\u00f3mica. En el caso de la fusi\u00f3n catalizada por muones, el gasto energ\u00e9tico para estimular este proceso tambi\u00e9n es mayor que la energ\u00eda generada. Los muones son extremadamente inestables (duran unos 2 milisegundos) y su producci\u00f3n e inyecci\u00f3n en un sistema son costosas.<\/p>\n

Seg\u00fan consta en el estudio de los f\u00edsicos del CBPF y de la Uerj, esta limitaci\u00f3n de los \u00e1tomos mu\u00f3nicos de hidr\u00f3geno puede eludirse si dicha fusi\u00f3n fuera estimulada\u00a0 en un sistema bidimensional en lugar del entorno tridimensional tradicional. En el universo 2D, la predisposici\u00f3n a la producci\u00f3n de esta reacci\u00f3n ser\u00eda una particularidad producto de esta configuraci\u00f3n espacial m\u00e1s restringida, en la que se mantendr\u00edan los \u00e1tomos de hidr\u00f3geno mu\u00f3nico. En este caso, las propiedades fisicoqu\u00edmicas de la materia sufrir\u00edan un efecto similar al que presentan los denominados materiales bidimensionales, como las l\u00e1minas de grafeno, por ejemplo, y sus derivados.<\/p>\n

Al igual que el grafito y el diamante, el grafeno est\u00e1 compuesto \u00fanicamente por \u00e1tomos de carbono. Lo que le confiere propiedades muy dis\u00edmiles a las que exhiben esos dos materiales tridimensionales es su estructura hexagonal, conformada por colmenas de carbono interconectadas, con un grosor de un \u00e1tomo de este elemento qu\u00edmico. \u201cNuestro estudio sugiere que, desde un punto de vista te\u00f3rico, un sistema bidimensional, similar a una l\u00e1mina de grafeno, podr\u00eda producir la fusi\u00f3n de los \u00e1tomos mu\u00f3nicos de hidr\u00f3geno de manera muy eficiente\u201d, dice Caruso.<\/p>\n

Seg\u00fan Ricardo Galv\u00e3o, del Instituto de F\u00edsica de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IF-USP), el art\u00edculo de sus colegas de R\u00edo de Janeiro presenta un resultado b\u00e1sico de gran importancia y, en principio, introduce la posibilidad de utilizar sistemas bidimensionales en experimentos de fusi\u00f3n catalizada por muones. \u201cPero la aplicaci\u00f3n pr\u00e1ctica de este resultado no es una cuesti\u00f3n trivial y requerir\u00e1 estudios y desarrollos mucho m\u00e1s avanzados\u201d, comenta Galv\u00e3o, experto en f\u00edsica de plasmas. \u201cEn concreto, no se sabe c\u00f3mo montar un reactor con esas \u2018l\u00e1minas\u2019 mu\u00f3nicas\u201d. El f\u00edsico de la USP tambi\u00e9n explica que, tras producirse las primeras fusiones, es posible que un hipot\u00e9tico sistema en 2D se \u201cdesmonte\u201d como resultado de las reacciones y pase a ser tridimensional, una modificaci\u00f3n de la arquitectura espacial que anular\u00eda las eventuales ganancias de esa estrategia. \u201cEste es un problema que deben resolver los ingenieros interesados en el tema\u201d, dice Caruso.<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico<\/strong>
\nCARUSO, F. et al<\/em>. A bidimensional quasi-adiabatic model for muon-catalyzed fusion in muonic hydrogen molecules<\/a>. The European Physical<\/strong> Journal D. v. 74. 8 dic. 2020.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"En los sistemas bidimensionales, las posibilidades de que los \u00e1tomos de hidr\u00f3geno se fusionen y generen energ\u00eda son mil millones de veces mayores","protected":false},"author":13,"featured_media":394423,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","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":[101],"class_list":["post-393455","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\/393455","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\/13"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=393455"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/393455\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":394812,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/393455\/revisions\/394812"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/394423"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=393455"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=393455"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=393455"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=393455"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}