{"id":90299,"date":"2011-08-01T00:00:00","date_gmt":"2011-08-01T00:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2011\/08\/01\/la-energia-de-las-estrellas\/"},"modified":"2017-02-21T18:49:56","modified_gmt":"2017-02-21T21:49:56","slug":"la-energia-de-las-estrellas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/la-energia-de-las-estrellas\/","title":{"rendered":"La energ\u00eda de las estrellas"},"content":{"rendered":"
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efda\/jet<\/span><\/a> Con forma de anillo: la c\u00e1mara de plasma del JET, el mayor tokamak en actividadefda\/jet<\/span><\/p><\/div>\n

Hace cinco d\u00e9cadas, las revistas cient\u00edficas populares de Estados Unidos se ufanaban de que, en menos de 50 a\u00f1os, la fuente de la electricidad en el mundo ser\u00eda la energ\u00eda limpia y pr\u00e1cticamente inagotable que hace que brillen las estrellas: la fusi\u00f3n nuclear. El tiempo transcurri\u00f3 y hoy en d\u00eda existen \u00fanicamente las centrales de fisi\u00f3n nuclear, que producen energ\u00eda a partir de la ruptura de n\u00facleos at\u00f3micos pesados. Una central de fusi\u00f3n, en cambio, funcionar\u00eda extrayendo energ\u00eda de la uni\u00f3n de dos n\u00facleos de hidr\u00f3geno, el elemento qu\u00edmico m\u00e1s abundante del Universo. En colaboraci\u00f3n con grupos europeos, cient\u00edficos brasile\u00f1os trabajan con el objetivo de convertir la fusi\u00f3n nuclear en realidad.<\/p>\n

La fusi\u00f3n ocurre en las estrellas cuando los n\u00facleos de hidr\u00f3geno, en estado gaseoso, se comprimen debido a la gravedad y alcanzan temperaturas de millones de grados. Sin embargo, para realizar lo mismo en la Tierra, se necesita aislar ese gas cargado el\u00e9ctricamente (plasma) mediante el empleo de campos magn\u00e9ticos generados por m\u00e1quinas denominadas tokamaks y calentarlo. En este caso, el combustible de los reactores ser\u00edan dos variantes del hidr\u00f3geno: el deuterio, que puede extraerse del agua de mar; y el tritio, producido a partir de n\u00facleos de litio, cuyas reservas planetarias garantizar\u00edan el funcionamiento de las usinas at\u00f3micas durante millones de a\u00f1os (vea la infograf\u00eda).<\/p>\n

Esto suena tan parecido a ciencia ficci\u00f3n que no sin cierta sospecha se escucha a los investigadores realizar la misma afirmaci\u00f3n del pasado, al respecto de que la primera central de fusi\u00f3n funcionar\u00e1 dentro de 50 a\u00f1os. Empero, en esta oportunidad, la posibilidad de que la idea se concrete es mayor. Desde la invenci\u00f3n del tokamak por parte de los sovi\u00e9ticos durante los a\u00f1os 1960, el desempe\u00f1o de estas m\u00e1quinas ha mejorado 10 mil veces. En 1991, el mayor tokamak en actividad hasta ahora -el Toro Europeo Conjunto (JET), instalado en Culham, en el Reino Unido- logr\u00f3 la primera reacci\u00f3n de fusi\u00f3n nuclear controlada de la historia. El problema fue que el experimento consumi\u00f3 m\u00e1s energ\u00eda de la que gener\u00f3.<\/p>\n

Los f\u00edsicos consideran actualmente que es necesario perfeccionar 10 veces m\u00e1s la eficiencia de los tokamaks -existen otros tipos de equipos para aprisionar plasma, pero ninguno tan eficaz- para alcanzar el punto en el que la cantidad de energ\u00eda liberada en las reacciones de fusi\u00f3n sea mayor que la consumida. \u00c9ste constituye el objetivo del Reactor Termonuclear Experimental Internacional (Iter), en construcci\u00f3n desde 2007 en Cadarache, Francia. El consorcio responsable del proyecto, conformado por la Uni\u00f3n Europea, China, Corea del Sur, Estados Unidos, la India y Jap\u00f3n, calcula invertir en el montaje de este tokamak 13 mil millones de d\u00f3lares, un monto mayor al destinado a la construcci\u00f3n del LHC, el mayor acelerador de part\u00edculas del mundo.<\/p>\n

El Iter tendr\u00e1 61 metros de altura y un peso similar al de tres torres Eiffel. Admitir\u00e1 un volumen de plasma ocho veces mayor que el del JET y, cuando se encuentre disponible, en 2019, generar\u00e1 500 megavatios de potencia, consumiendo solamente 50 megavatios. Si todo sale bien con el Iter, los optimistas estiman que para 2040 se inaugurar\u00e1 la primera central experimental de fusi\u00f3n, bautizada Demo (de demostraci\u00f3n). “\u00c9sa es la perspectiva de los optimistas; para los pesimistas, la producci\u00f3n de energ\u00eda por fusi\u00f3n nuclear es inalcanzable”, dice el f\u00edsico Ricardo Viana, de la Universidad Federal de Paran\u00e1, reconociendo que no ser\u00e1 f\u00e1cil lograr ese incremento final en el desempe\u00f1o de los tokamak.<\/p>\n

\"060-063_FusaoNuclear_186\"<\/a>En enero de este a\u00f1o, cinco colegas y \u00e9l sumaron un peque\u00f1o aporte a este reto. Publicaron en la revista Philosofical Transactions of The Royal Society A<\/em>, un estudio en el cual calcularon c\u00f3mo se comportan las part\u00edculas del plasma que se encuentran cerca de la pared de la c\u00e1mara de un tokamak y escapan a la trampa magn\u00e9tica que las aprisiona, llegando a algunos sectores de la pared con mayor frecuencia que otros. El impacto de las part\u00edculas cargadas el\u00e9ctricamente acelera el desgaste de la pared y va en detrimento el funcionamiento de la m\u00e1quina.<\/p>\n

El trabajo de Viana y sus colaboradores fue uno de los que esclareci\u00f3 el fen\u00f3meno, descubierto hace cinco a\u00f1os en tokamaks de Europa y Estados Unidos, y permiti\u00f3 proponer una soluci\u00f3n para ese problema. Utilizando el tokamak de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP), el f\u00edsico Ivan Nascimento y sus colegas demostraron que resulta factible atenuar esa p\u00e9rdida mediante la ayuda de campos el\u00e9ctricos.<\/p>\n

El aumento del control sobre el plasma constituye el principal reto en los tokamaks. Lejos de fluir suavemente a medida que da vueltas dentro de esas m\u00e1quinas, el plasma se comporta como el mar revuelto por una tormenta. Su movimiento es turbulento, en especial en los extremos de la regi\u00f3n de almacenamiento, donde la densidad, la temperatura y los campos electromagn\u00e9ticos que lo mantienen prisionero fluct\u00faan abundantemente. La turbulencia es tal que siempre se descubren formas mediante las cuales el plasma puede escaparse y enfriarse. Hasta ahora, el tiempo m\u00e1ximo que puede mantenerse el plasma sin perder energ\u00eda no supera las fracciones de segundos.<\/p>\n

Iber\u00ea Caldas, f\u00edsico de la USP y coautor del art\u00edculo firmado por Viana, brinda un ejemplo de soluci\u00f3n reciente para el escape de plasma. Mientras desarrollaban el Iter, investigadores estadounidenses descubrieron la manera de controlar un fen\u00f3meno que es capaz de provocar violentas explosiones de plasma, similares a las erupciones en la superficie del sol, y que podr\u00edan da\u00f1ar al reactor.<\/p>\n

La soluci\u00f3n consisti\u00f3 en modificar el dise\u00f1o del Iter e incluir generadores de campos magn\u00e9ticos ca\u00f3ticos que, seg\u00fan los c\u00e1lculos de los f\u00edsicos, impedir\u00edan la aparici\u00f3n de esas erupciones. “Esta alteraci\u00f3n costar\u00e1 m\u00e1s de 100 millones de euros y provoc\u00f3 la postergaci\u00f3n del proyecto en algo m\u00e1s de un a\u00f1o”, dice Caldas. \u00c9l, Nascimento, Viana y m\u00e1s de 130 investigadores de 15 instituciones brasile\u00f1as participan actualmente en la Red Nacional de Fusi\u00f3n (RNF), una organizaci\u00f3n creada en el a\u00f1o 2006 por el f\u00edsico S\u00e9rgio Rezende, quien entonces se desempe\u00f1aba como ministro de Ciencia y Tecnolog\u00eda, y que ahora comienza a madurar. Otro f\u00edsico, Ricardo Galv\u00e3o, coordinador t\u00e9cnico cient\u00edfico de la RNF y director del Centro Brasile\u00f1o de Investigaciones F\u00edsicas (CBPF), en R\u00edo de Janeiro, comenta que la idea de crear la red surgi\u00f3 luego de que una comisi\u00f3n de investigadores europeos visit\u00f3 Brasil y evalu\u00f3 el potencial del pa\u00eds para contribuir con el Iter.<\/p>\n

La comisi\u00f3n identific\u00f3 que, aunque en el pa\u00eds exist\u00eda una producci\u00f3n cient\u00edfica relevante en cuanto a la f\u00edsica de plasma, hac\u00eda falta que se coordinaran esfuerzos. Cada grupo de investigaci\u00f3n realizaba su trabajo de manera independiente de los otros, en forma de proyectos de corta duraci\u00f3n. “Para trabajar en un proyecto internacional de ese fuste es necesario comprometerse durante cinco a diez a\u00f1os, y contar con la capacidad para construir equipamientos ac\u00e1 (en Brasil) para trasladarlos all\u00e1 (al Iter)”, dice Galv\u00e3o, quien integra el equipo del Laboratorio de F\u00edsica del Plasma de la USP.<\/p>\n

\"Plasma:

efda\/jet<\/span>Plasma: iones atrapados por campos magn\u00e9ticosefda\/jet<\/span><\/p><\/div>\n

La red funciona con fondos asignados por la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep), que aprob\u00f3 en 2010 el giro de algo m\u00e1s de un mill\u00f3n de reales para sus proyectos de investigaci\u00f3n. Algunos de esos estudios incluyen cooperaciones con laboratorios europeos, establecidas mediante un convenio suscrito en 2009 entre Brasil y la Comunidad Europea de la Energ\u00eda At\u00f3mica. Aunque ya se encuentra en vigor, dicho acuerdo aguarda su ratificaci\u00f3n en el Congreso Nacional.<\/p>\n

En colaboraci\u00f3n con investigadores alemanes, ingenieros brasile\u00f1os -entre ellos Hugo Sandim, de la Escuela de Ingenier\u00eda de Lorena, y Angelo Padilha, de la Escuela Polit\u00e9cnica, ambas pertenecientes a la USP- trabajan en la caracterizaci\u00f3n de los materiales que se utilizar\u00e1n en las paredes de la c\u00e1mara de plasma del Demo, el reactor de la generaci\u00f3n posterior al Iter. Construido con un tipo de aceros denominados Eurofer, el material necesita soportar la proximidad de un plasma que se encuentra a temperaturas de 150 millones grados (10 veces la del interior del Sol), adem\u00e1s del bombardeo con neutrones altamente energ\u00e9ticos, as\u00ed como las eventuales descargas de plasma.<\/p>\n

Los investigadores ya saben, sin embargo, que el acero no puede tomar contacto con el plasma. Existe el riesgo de que los n\u00facleos pesados del metal acaben en su interior, lo cual podr\u00eda desestabilizar los campos magn\u00e9ticos de tokamak y destruir el encierro de manera que toda la corriente el\u00e9ctrica del plasma -100 veces mayor que la de un rayo en una tempestad- afecte en un instante un punto preciso de la pared. Para evitar el desastre, los expertos desarrollaron un revestimiento de cer\u00e1micos de berilio, un \u00e1tomo lo suficientemente liviano como para no interferir en el plasma y al mismo tiempo bastante resistente como para soportar el bombardeo de neutrones y las altas temperaturas.<\/p>\n

El revestimiento comenzar\u00e1 a ser probado en el JET a partir de septiembre y contar\u00e1 con aportes brasile\u00f1os. En los ensayos, una c\u00e1mara infrarroja ultrarr\u00e1pida verificar\u00e1 el desgaste de los cer\u00e1micos. Pero la radiaci\u00f3n infrarroja en las cercan\u00edas de la pared es tal que Galv\u00e3o compara la tarea con la observaci\u00f3n de un objeto diminuto pasando frente al Sol. Para el an\u00e1lisis de las im\u00e1genes en tiempo real, los investigadores del JET utilizar\u00e1n un software <\/em>desarrollado por los hermanos Marcelo y M\u00e1rcio Albuquerque, del CBPF.<\/p>\n

Ondas de Alfv\u00e9n
\n<\/strong>Otro proyecto brasile\u00f1o en el JET pretende estudiar mejor un fen\u00f3meno capaz de frustrar los planes del Iter. Los f\u00edsicos esperan que los n\u00facleos de helio formados durante la fusi\u00f3n permanezcan en el plasma, choc\u00e1ndose con electrones y otros n\u00facleos. De esta manera ayudar\u00edan a calentar el plasma y sostener las condiciones necesarias para otras reacciones de fusi\u00f3n. El helio, no obstante, provoca ondas electromagn\u00e9ticas en el plasma -las denominadas ondas Alfv\u00e9n- que, dependiendo de su duraci\u00f3n, pueden expeler el helio e interrumpir la fusi\u00f3n.<\/p>\n

Investigadores de la USP y colegas del Instituto de Tecnolog\u00eda de Massachusetts, en Estados Unidos, y de la Escuela Polit\u00e9cnica Federal de Lausana, en Suiza, planifican montar en diciembre, en el JET, un sistema de excitaci\u00f3n y detecci\u00f3n de ondas Alfv\u00e9n, para medir la rapidez con la que las mismas desaparecen. “Han logrado un enorme progreso”, comenta Patrick Blanchard, coordinador cient\u00edfico del JET, al respecto del perfeccionamiento que realizan los ingenieros de la USP en las antenas que generan ondas Alfv\u00e9n. “Habr\u00eda resultado dif\u00edcil sin ellos”.<\/p>\n

Este convenio internacional tambi\u00e9n permiti\u00f3 que los europeos vengan a Brasil. Aunque las m\u00e1quinas menores que el JET o el Iter no logren las condiciones necesarias para la fusi\u00f3n, los tres tokamaks brasile\u00f1os -uno instalado en la USP, otro en la Universidad Estadual de Campinas y un tercero en el Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe)- hacen su aporte con los estudios de turbulencia en el plasma. Investigadores de la USP y del Instituto T\u00e9cnico Superior de Lisboa, por ejemplo, crearon sistemas destinados medir la turbulencia en el tokamak de la USP.<\/p>\n

Una red nacional
\n<\/strong>Adem\u00e1s de la oficializaci\u00f3n del convenio con los europeos, los miembros de la RNF aguardan la creaci\u00f3n de un nuevo centro de investigaciones: el Laboratorio Nacional de Fusi\u00f3n (LNF), dependiente de la Comisi\u00f3n Nacional de Energ\u00eda Nuclear (Cnen), que se erigir\u00e1 en la localidad de Cachoeira Paulista, en el interior de S\u00e3o Paulo.<\/p>\n

No obstante, existe un escollo burocr\u00e1tico para la creaci\u00f3n del laboratorio. Las asesor\u00edas jur\u00eddicas de las instituciones involucradas todav\u00eda no se han puesto de acuerdo en cuanto a la necesidad de someter al debate en el Congreso Nacional la decisi\u00f3n de crear el LNF. Edson Del Bosco, f\u00edsico del Laboratorio Asociado de Plasma del Inpe, aguarda con ansiedad el inicio de las obras, todav\u00eda sin fecha. Espera que el LNF funcione como catalizador de recursos y de personal, otorgando un nuevo aliento para los peque\u00f1os grupos de investigaci\u00f3n tales como el suyo y otros que se asociar\u00edan al laboratorio. “De no crearse el LNF, no podremos c\u00f3mo progresar”, menciona.<\/p>\n

Del Bosco y Galv\u00e3o esperan que la dificultad se resuelva con el inicio del mandato del nuevo presidente de la Cnen, el ingeniero Angelo Padilha, quien es miembro de la RNF y fue nombrado el pasado 7 de julio. Padilha afirma que una de sus prioridades en la Cnen es la creaci\u00f3n del LNF. Seg\u00fan Galv\u00e3o, la idea es iniciar las actividades realizando mejoras en el tokamak del Inpe. Algunos miembros de la RNF piensan luego comprar o construir un tokamak mayor, mientras que otros, Galvao entre ellos, consideran que eso no tiene sentido, debido a su alto costo. “Si se interact\u00faa bien con los europeos y es posible el acceso a sus m\u00e1quinas, ser\u00e1 mejor poseer un tokamak peque\u00f1o para capacitar al personal y utilizar el laboratorio para construir equipamientos que instalar\u00edamos en los laboratorios de ellos”, dice.<\/p>\n

Pero en un punto los miembros de la RNF coinciden: la fusi\u00f3n es una inversi\u00f3n a largo plazo a la cual Brasil no puede renunciar. Al fin de cuentas, no se sabe cu\u00e1l ser\u00e1 la demanda energ\u00e9tica del pa\u00eds en el a\u00f1o 2100. “Necesitamos dominar la tecnolog\u00eda y el conocimiento cient\u00edfico para no tener que comprar un reactor en el futuro”, dice Galv\u00e3o. “Si la fusi\u00f3n nuclear funciona, el consorcio del Iter ser\u00e1 el due\u00f1o de la energ\u00eda del mundo”.<\/p>\n

El proyecto
\n<\/strong>Calentamiento Afv\u00e9n y reg\u00edmenes mejorados de acumulaci\u00f3n y estabilidad en el tokamak TCABR (n\u00ba 2002\/03632-3<\/a>); Modalidad <\/strong>Proyecto Tem\u00e1tico;\u00a0Coordinador\u00a0<\/strong>Ricardo Os\u00f3rio Galv\u00e3o – IF\/USP; Inversi\u00f3n\u00a0<\/strong>R$ 1.004.053,90 (FAPESP)<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico<\/em>
\nVIANA, R.L.\u00a0et al.\u00a0<\/em>Fractal structures in nonlinear plasma physics<\/a>. Philosophical Transactions of the Royal Society A<\/strong>. v. 369, p. 371-95. 2011.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Brasile\u00f1os y europeos intentan controlar la fusi\u00f3n nuclear","protected":false},"author":14,"featured_media":0,"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":[103],"class_list":["post-90299","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","tag-fisica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/90299","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=90299"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/90299\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=90299"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=90299"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=90299"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=90299"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}