La generación controlada y regular de energía mediante la fusión nuclear para la conversión de hidrógeno en helio, que reproduce en la Tierra –y a pequeña escala– lo que sucede en el Sol y en otras estrellas, es una de las grandes promesas tecnológicas con la mira puesta en las próximas décadas.

Mucho más allá de los resultados que se han venido obteniendo desde hace tiempo en distintos laboratorios, un prototipo de reactor llamado ITER –ese nombre significa “el camino” en latín–, capaz de generar 500 megavatios de energía, se encuentra en construcción en el sur de Francia y entrará en actividad en 2025. China, la Unión Europea, la India, Japón, Corea del Sur, Rusia y Estados Unidos participan en este megaproyecto, cuyo costo superará los 20 mil millones de euros.

El ITER no suministrará energía destinada a la red eléctrica sino que será el primer aparato de tipo tokamak –un término formado por el acrónimo de la expresión en ruso correspondiente a “cámara toroidal con bobinas magnéticas”– en el cual la energía generada será mayor que la energía necesaria para ponerlo en marcha. De este modo, este aparato permitirá poner a prueba las múltiples complejidades técnicas inherentes al proceso y servirá de modelo para la construcción de máquinas similares.

Sin embargo, para que todo esto salga bien hay una cuestión que resulta crucial: hay que asegurarse de que el proceso de fusión nuclear se vuelva autosostenible, a los efectos de impedir que la pérdida de energía a través de la radiación electromagnética y del escape de partículas alfa –el núcleo atómico del helio, que está conformado por dos protones y dos neutrones– enfríe el reactor. Los resultados experimentales observados en el transcurso de los últimos 20 años han demostrado que la forma en que se eyectan los iones rápidos (entre ellos las partículas alfa) desde el plasma varía mucho entre los distintos tokamaks. Y nadie entendía cuáles eran las condiciones experimentales que determinaban este comportamiento.

Éste es el problema que ahora ha sido dilucidado por Vinícius Njaim Duarte, un joven científico brasileño que se doctoró recientemente con una beca de la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo — FAPESP, sumada a una Beca de Investigación Científica en el Exterior, y que actualmente lleva adelante un trabajo posdoctoral en el Princeton Plasma Physics Laboratory, en Estados Unidos.

Njaim Duarte fue el autor principal del artículo titulado Theory and observation of the onset of nonlinear structures due to eigenmode destabilization by fast ions in tokamaks, cuya publicación apareció destacada en la revista Physics of Plasmas, perteneciente al American Institute of Physics (AIP).

La repercusión de su trabajo fue tal que, en el tokamak más grande de Estados Unidos, el DIII-D, desarrollado y operado por General Atomics en San Diego, California, se realizaron experimentos con el objetivo de poner a prueba el modelo que propuso el brasileño. Y los resultados experimentales confirmaron las predicciones de su modelo.

“Las ondas electromagnéticas excitadas por partículas rápidas en los tokamaks pueden experimentar una brusca variación de frecuencia, a la que en inglés se le da el nombre de chirping [gorgeo]. No se entendía por qué en algunas de estas máquinas esto aparecía, en tanto que en otras no. Mediante la aplicación de un modelado numérico bastante complejo y el empleo de datos experimentales, Njaim Duarte demostró que la producción o no del chirping –y por ende, el carácter de la pérdida de partículas y de energía– depende del nivel de turbulencia del plasma existente en el interior del tokamak, dentro del cual se producen las reacciones de fusión nuclear. Si el plasma no es demasiado turbulento, se genera el chirping. Pero en caso de que lo sea, éste no surgirá”, dijo el físico Ricardo Magnus Osório Galvão, actual director del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe, por sus siglas en portugués) de Brasil, quien fue el director de la tesis doctoral de Njaim Duarte en el Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (IFUSP).

Para entender este descubrimiento, se hacen necesarias previamente algunas explicaciones. Primeramente, es preciso tener claro que el proceso en pauta es el de fusión nuclear y no el de la fisión nuclear. En la fisión, que es lo que sucede en las diversas centrales nucleares existentes en el mundo, los núcleos atómicos de elementos pesados (el uranio 235, por ejemplo) se dividen en núcleos de elementos más livianos (kriptón y bario en ese caso) y liberan energía, radiación electromagnética y neutrones (que le dan proseguimiento al proceso).

En la fusión, el fenómeno es otro. En ésta, los núcleos atómicos de elementos más livianos [tales como el deuterio (un protón y un neutrón) y el tritio (un protón y dos neutrones), que son dos isótopos del hidrógeno] se funden, forman núcleos de elementos más pesados (en este caso, helio, con dos protones y dos neutrones) y generan energía.

Fuente: www.noticiasdelaciencia.com