Cuarto estado de la materia inspira la ciencia nacional
Ingenieros diseñaron dispositivo ‘stellarator’ para estudiar el plasma Físicos analizan sus posibilidades como fuente de energía renovable
El mecanismo de generación de energía que ocurre naturalmente en estrellas como nuestro Sol, se reproduce en un laboratorio pequeño, fundado recientemente.
Este proceso, conocidocomo fusión, se lleva a cabo cuando se unen dos núcleos de átomos ligeros como el hidrógeno y, como consecuencia, se libera una enorme cantidad de energía.
El Laboratorio de Plasmas para Energía de Fusión y Aplicaciones, ubicado en el Instituto Tecnológico de Costa Rica (ITCR), tiene como objeto de investigación el cuarto estado de la materia. La idea es aprovechar el plasma como fuente de energía limpia e inagotable para, en un futuro, abastecer ciudades y hasta países enteros.
Proyecto visionario. Este laboratorio –fundado en el 2008 por Iván Vargas, doctor en Física de Plasmas, y dos estudiantes – es un recinto de 6 x 8 metros, donde varios aparatos, que parecen sacados de una película de ciencia ficción, comparten el espacio con el mobiliario tradicional de una oficina: escritorios, sillas y computadoras.
La “estrella” del laboratorio es, sin duda, el Stellarator (SCR -1), un dispositivo experimental diseñado y construido en Costa Rica por ingenieros del ITCR.
Este aparato de aluminio en forma de rosquilla recrea el proceso de fusión para atrapar o confinar plasma, calentado a más de 300.000 grados Celsius.
El miércoles 29 de junio, Vargas y su equipo realizaron el primer disparode plasma. Tuvo una duración de 4,5 segundos y fue una demostración en vivo de que el stellarator 100% tico opera bien. Hasta la fecha, solo seis países en el mundo han desarrollado un stellarator: Estados Unidos, Japón, Alemania, Australia, España, y ahora, Costa Rica.
“Este dispositivo tiene la ventaja de que puede mantener el plasma confinado durante 24 horas los siete días de la semana, pero tiene el inconveniente de que es muy complicado de construir. Nosotros empezamos por el camino difícil, pues nosemocionan los retos”, declaró Vargas.
En su diseño, construcción e implementación, el equipo invirtió tres años y $500.000.
¿Cómo funciona? Según explicó el físico, dentro del SCR-1 el plasma se crea a partir de hidrógeno, mediante el calentamiento por emisión de microondas.
El primer paso consiste en ex- traer todo el aire para asegurarse de que el plasma estará solo dentro del contenedor. Esa es la función de la cámara de vacío.
Luego, se inyecta una pequeñísima cantidad de hidrógeno, (menos de un gramo). “Este es el elemento más abundante del universo y el más ligero de la tabla periódica y, por eso, con él se logra mejor el proceso de fusión”, detalló Vargas.
Para calentar el plasma a altas temperaturas, se utilizan fuentes de microondas. “Es un sistema similar al de los hornos que hay en nuestras casas, solo que con una potencia mucho mayor. Esas microondas depositan todasuenergía y le desprenden los electrones al átomo de hidrógeno”, declaró.
El científico describió el plasma como una “sopa” que tiene igual cantidad de partículas con carga positiva y negativa.
Uno de los componentes esenciales del SCR-1 son las bobinas. “Su función es generar un campo magnético que atrapa el plasma, de modo que este no llega a tocar las paredes del recipiente de aluminio, las cuales tienen un centímetro de espesor”, agregó Vargas. Si esto llegara a suceder, el dispositivo se fundiría debido a las temperaturas tan elevadas. Por sus características, este aparato permite que el plasma confinado se mantenga dando vueltas a una velocidad de un millón de metros por segundo.
Con la construcción y puesta en funcionamiento del SCR-1 se acabó la fase de ingeniería. La siguiente etapa contemplará la investigación científica: “Nuestro interés es observar cómo se comporta el plasma”, dijo Vargas. Para ello, en los puertos de acceso se colocan los diagnósticos, que son instrumentos científicos para medir las propiedades del plasma: temperatura y densidad.
Pariente. Además del SCR-1, el Laboratorio cuenta con un Tokamak, dispositivo de diseño ruso que persigue el mismo fin que el
stellarator: atrapar plasma caliente mediante el proceso de fusión nuclear.
“Desde el punto de vista de la ingeniería, su diseño es más simple y por eso existen más Tokamaks en el mundo”, dijo Vargas. Sin embargo, este aparato presenta una desventaja: “el plasma se vuelve inestable y se apaga”. El ITCR es una de las tres instituciones en el mundo que cuenta con ambos dispositivos.