jueves, 27 de julio del 2017 Fecha
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En el Interior del Sol

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Solar    ~    Comentarios Comments (6)

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esquema de una estrella tipo Sol

Hoy en día, disponemos de dos herramientas muy potentes para el estudio del interior solar: Los neutrinos solares y la heliosismología. Bethe y Chitchfield (1938) propusieron un ciclo de reacciones de fusión nuclear para explicar la generación de energía en el caso de estrellas de masa pequeña como el Sol. El balance final de dicho ciclo de reacciones, Ciclo p-p, es:

4p → He4 + 2e+ +2ѵe +energía.

¿Cómo podemos estar seguros de que este es, efectivamente, el mecanismo dominante de generación de energía que utilizan algunas estrellas y, en particular el Sol? Sorprendentemente, la respuesta es que podemos “observar” el interior del Sol mediante detectores situados en el interior de la Tierra.

 

 

Reacciones de la cadena protón-protón

Pero existe otra alternativa para conseguir helio y energía a partir de cuatro protones. Es el ciclo CNO, y es el principal mecanismo de fusión de hidrógeno para las estrellas más masivas cuyo núcleo está a una temperatura mayor que 15 millones de grados. En nuestro sol también se da el ciclo CNO aunque en una proporción muy baja. Para que este proceso aparezca es indispensable la existencia previa de núcleos de carbono-12, que actúan como catalizadores del proceso, y que tras la síntesis del helio vuelven a quedar como al principio.

Reacciones del ciclo CNO


Reacciones de la cadena triple alfa

La heliosismología permite el estudio del interior solar a partir de las observaciones de ondas acústicas y de gravedad. Leighton (1962) descubrieron que el Sol tiene oscilaciones globales con un período de 5 minutos. Ulrich (1970) y Leibacher (1971) propusieron explicar las oscilaciones en términos de ondas sonaras atrapadas en cavidades resonantes debajo de la superficie solar. Esta teoría fue comprobada observacionalmente por Deubner (1975), y de dichas oscilaciones acústicas (modos p) pueden detectarse numerosos armónicos. Los diferentes armónicos a menor o mayor profundidad en el Sol y permiten realizar un sondeo sísmico del interior solar.

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Sí, necesitamos nuevas formas de energías

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Solar    ~    Comentarios Comments (7)

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Fusión de Deuterio con Tritio produciendo helio-4 liberando un neutrón, y generando 17,59 MeV de energía, como cantidad de masa apropiada convertida de la energía cinética de los productos, de acuerdo con E = Δm c2. En física nuclear , la fusión nuclear es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen para formar un núcleo más pesado. Se acompaña de la liberación o absorción de una cantidad enorme de energía, que permite a la materia entrar en un estado plasmático.

 

El futuro que nos espera será muy distinto al presente que ahora podemos vivir, y, la vida cotidiana en las Sociedades venidaderas, serán también distintas debidos a los cambios que se avecinan en campos de la Ciencia como la Física y la Tecnología, Computación, Materiales y, sobre todo, nuevas fuentes de energía que todo lo cambiaran.

Iter, el reactor de la fusión nuclear

Por primera vez se aspira a que un reactor de fusión produzca energía.

Este proceso puede liberar enormes cantidades de energía. Sin embargo el proceso no es tan simple, requiere de una enorme energía de activación a una temperatura del orden de los millones de grados. De haber esta energía, surge otra dificultad: la estructura material de un reactor puede fundirse a tan elevada temperatura.

Dentro de unos treinta años estaremos en el camino correcto, la energía de fusión sería una realidad que estará en plena expansión de un comenzar floreciente. Sin residuos nocivos peligrosos como las radiaciones de la fisión nuclear, la fusión, nos dará energía limpia y barata en base a una materia prima muy abundante en el planeta Tierra.

 

Nuestro Sol fusiona Hidrogeno en Helio a razón de 4.654.000 toneladas por segundo. De esta enorme cantidad de Hidrógeno, 4.650.000 toneladas se convierten en Helio. Las 4.000 toneladas restantes, son lanzadas al espacio en forma de luz y calor, energía termonuclear de la que, una parte, llega al planeta Tierra y hace posible la vida.

Resulta pues que, el combustible nuclear de las estrellas es el Hidrógeno que mediante su fusión hace posible que genere tal enormidad de energía. Así lleva el Sol unos 4.500 millones de años, y se espera que, al menos durante un período similar, nos esté regalando su luz y su calor.

No debemos confundir la Fisión con la Fusión, la primera es la que se emplea en las Centrales nucleares para producir energía y, ya sabemos todo lo peligrosa que resulta (Japón, en sus propias carnes ha sufrido y sufre sus consecuencias), las radiaciones del Uranio y del Plutonio son fatales para la vida. Por el contrario, la fusión es limpia pero…de momento, inalcanzable.

Pero ¿tenemos Hidrógeno en el planeta Tierra para tal empresa? La verdad es que sí. La fuente de suministro de Hidrógeno con la que podemos contar, es prácticamente inagotable… ¡El agua de los mares y de los Océanos!

Todos sabemos que el hidrógeno es el elemento más ligero y abundante del Universo. Está presente en el agua y en todos los compuestos orgánicos. Químicamente, el hidrógeno reacciona con la mayoría de los elementos. Fue descubierto por Henry Cavendisch en 1.776. El hidrógeno se utiliza en muchos procesos industriales, como la reducción de óxidos minerales el refinado del petróleo, la producción, de hidrocarburos a partir de carbón y la hidrogenación de los aceites vegetales y, actualmente, es un candidato muy firme para su uso potencial en la economía de los combustibles de hidrógeno en la que se usan fuentes primarias distintas a las energías derivadas de combustibles fósiles (por ejemplo, energía nuclear, solar o geotérmica) para producir electricidad, que se emplea en la electrolisis del agua. El hidrógeno formado se almacena como hidrógeno líquido o como hidruros de metal.

Bueno tanta palabrería y explicaciones solo tiene por objeto hacer notar la enorme importancia del Hidrógeno. Es la materia prima del Universo, sin él no habría estrellas, no existiría el agua y, lógicamente, tampoco nosotros podríamos estar aquí sin hidrógeno.

 

Si finalmente somos capaces de conseguir energía a través de la fusión nuclear, la Humanidad habrá dado un paso gigante hacia su futuro. Pero sigamos con las explicaciones. Cuándo dos moléculas de Hidrógeno se junta con una de Oxígeno (H2O), tenemos el preciado líquido que llamamos agua y sin el cual la vida no sería posible.

Así las cosas, parece lógico pensar que, conforme a todo lo antes dicho, los seres humanos, deberán fijarse en los procesos naturales (en este caso el Sol y su producción de energía), y, teniendo como tiene a su disposición la materia prima (el Hidrógeno de los océanos), procurar investigar y construir las máquinas que sean necesarias para conseguir la fusión, la energía del Sol.

Esa empresa está ya en marcha y, como he dicho al principio de este comentario, posiblemente, en unos treinta años, sería una realidad que nos dará nuevas perspectivas para continuar el imparable avance en el que estamos inmersos. La energía, a lo largo de la historia, ha permitido elevar el nivel de vida del ser humano. La energía es la base de todo sistema económico, de ella depende el coste de todos los productos, desde un chicle a una limusina: a más escasez de energía, más cuesta ganarse la vida. El carbón, en primer lugar, posibilitó la extinción de la servidumbre; el petróleo, mientras fue abudante, logró que la economía mundial viviese su época dorada durante 1950-1973; la energía de fisión actual se presenta, a veces, como única alternativa. Sin embargo, todas estas energías tienen un vicio común: o son escasas o contaminan.

 central nuclear 1 Fotos de centrales nucleares

Tenemos que huir de esto, la Fisión nuclear no es la solución Pero no me gustaría cerrar este comentario sobre la fusión sin contestar a una importante pregunta… ¿por qué la fusión?

 

Porque tiene una serie de ventajas muy significativas en seguridad, funcionamiento, medio ambiente, facilidad en conseguir su materia prima, ausencia de residuos peligrosos, posibilidad de reciclar los escasos residuos que genere, etc. Los recursos combustibles básicos (deuterio y Litio) para la fusión son abundantes y fáciles de obtener.

  • Los residuos son de helio, no radiactivos.
  • El combustible intermedio, Tritio, se produce del Litio.
  • Las centrales eléctricas de fusión no estarán expuestas a peligrosos accidentes como las centrales nucleares de fisión.
  • Con una elección adecuada de los materiales para el propio dispositivo de fusión, sus residuos no serán ninguna carga para las generaciones futuras.
  • La fuente de energía de fusión es sostenible, inagotable e independiente de las condiciones climáticas.

Para producir la energía de fusión solo tenemos que imitar lo que hace el Sol. Tenemos que hacer chocar átomos ligeros de Hidrógeno para que se fusionen entre sí a una temperatura de 15 millones de grados Celsius, lo que, en condiciones de altas presiones (como ocurre en el núcleo del Sol) produce enormes energías según la formula E=mc2 que nos legó Einstein demostrando la igualdad de la masa y la energía.

Claro que, el problema que surge en la fusión es que para que este tipo de reacciones se produzca se necesita un enorme aporte energético que logre que los nucleos venzxan la fuerza de repulsión que existe entre ellos (ambos cargados positivamente), y puedan universe. Este aporte energético se logra mediante el calor, aplicando temperaturas de millones de grados.

El problema comentado anteriormente proviene de la dificultad de conseguir un reactor nuclear que pueda aguantar esas temperaturas sin destruirse. El estado de la materia a fusionar a esta temperatura se denomina plasma, y su estructura atómica es un completo desorden en este punto. Sí, es verdad que estamos jugando con fuerzas muy poderosas, ¡querer imitar lo que hacen las estrellas!

 

 

iter-tokamak

 

             Fotogtafía: El Reactor Tokamak del Proyecto Iter

La fusión nuclear es el proceso mediante el cual dos núcleos atómicos se unen para formar uno de mayor masa atómica. Este nuevo núcleo tiene una masa inferior a la suma de las masas de los dos que se han fusionado para formarlo y esta diferencia de masa es liberada en forma de energía. Actualmente se está investigando en este tipo de reactores en un consorcio denominado ITER. Las dos formas que se están experimentando para poder confinar la materia a fusionar son el confinamiento magnético y confinamiento inercial.

  • Confinamiento magnético: Se logra crear y mantener la reacción de fusión gracias a grandes cargas magnéticas.
  • Confinamiento inercial: El calentamiento se obtiene mediante láseres y el confinamiento del plasma con la inercia de la materia que se encuentra en el interior.

Todas las respuestas a nuestras necesidades están en la Naturaleza. Sin embargo, debemos ir con exquisito cuidado, tantear suavemente los resortes que nos puedan llevar a conseguir las respuestas deseadas, ya que, no podemos jugar a ser dioses cuando sólo somos humanos, y, existen fuerzas que ni podemos imaginar. Tratar de buscar soluciones…Sí, hacerlo de cualquier manera…No.

 Archivo:Fusión solar.png

                     En el proceso de la fusión Solar está la respuesta

¿Te imaginas una fuente de energía limpia, barata y casi inagotable? ¿Que utilizara agua como combustible y no produjera ningún tipo de residuo? Son estos sueños los que alimentan la esperanza de la fusión nuclear. Pero, ¿es factible? Pues parece ser que todavía no pero, estamos en el camino.

 

El ojo humano, por muy bello que pueda ser,  tiene sus limitaciones para ver. Sin embargo, la Mente no tienes límites para  imaginar y, a lo largo de la historia de la Humanidad se han dado pruebas de lo lejos que pueden llegar nuestros pensamientos. Hasta no hace mucho se creía imposible que se pudieran lograr muchos de los avances que ahora, nos parecen cosas cotidianas, y, en el futuro no muy lejano, es posible que podamos gozar de esa energía limpia y de contaminación ausente que nos pueda abrir el camino hacia una nueva era. Nuestra “Casita Azul” necesita que la cuidemos y, un paso muy importante para ello sería…La Fusión Nuclear que, al menos le evitaria algunas incomodidades que, por otra parte, redunda en nosotros mismos.

 

Nuclear Power Image Gallery Proposed construction site of ITER fusion reactor plant at Cadarache, France. See more nuclear power pictures. Photo courtesy ITER. Los esfuerzos e inversiones por lograr la energía de fusión son considerables y, si en los próximos cuarenta años se ha conseguido… Deberíamos estar muy satisfechos, dado que, la empresa, no será fácil.

De todas las maneras y a pesar de lo mucho que nuestras mentes pueden imaginar, no será fácil lograr,  aquí en la Tierra el mismo proceso que se produce en nuestro Sol, y, tantas dificultades se presentan para ello que, por eso, muchos hablan de la fusión fría.

 

La fusión fría es el nombre genérico dado a cualquier reacción nuclear de fusión producida a temperaturas y presiones cercanas al ambiente, muy inferiores a las necesarias normalmente para la producción de reacciones termonucleares (millones de grados Celsius), utilizando equipamiento de relativamente bajo costo y un reducido consumo eléctrico para generarla.

 

¿Podeis imaginar que pudiéramos producir en la Tierra 15 millones de grados de temperatura? ¿Qué máquinas podrían soportarlo? y, desde luego, aislar esas instalaciones del exterior para que el calor no saliera y se produjera una debacle de proporciones inmensas…no parece nada fácil tampoco. Habrá que esperar y seguir trabajando sin desmayo, nuestro futuro lo necesita.

En relación a nuevas fuentes de energías, nuestro contertulio Rafael Flores, me ha envíado un avance de su propia teoría para conseguir energía y, sólo me ha dado tiempo de echar una rápìda mirada para ver, si mis limitados conocimientos pueden aportar alguna cosa a sus ideas. Él comienza su envío con el envío anónimo de éstas frases:

“La ciencia y la tecnología no avanzan desde la comodidad de lo ya inventado, el poder creativo aplicado a las áreas potenciales de innovación es un atajo a la solución de los problemas”.

Lo cierto es que siempre fue así, y, el amigo Rafael siendo consciente de ello, tiene sus propias ideas al respecto que, esperémos den su fruto lo antes posible. Lo leído tiene buena pinta y, en cuanto pueda, le daré mi parecer.

emilio silvera

¡El Plasma! Esa forma de la Materia

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Solar    ~    Comentarios Comments (15)

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En la Naturaleza hay muchos sistemas que exhiben estructuras, patrones y comportamientos dinámicos que no se esperan a priori dadas las leyes que gobiernan el comportamiento de los elementos que los componen. Se les llama sistemas complejos.

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En un Bosque Tropical, por muchas razones, también está presente la complejidad

Hay varios ingredientes comunes a casi todos ellos. Son en su mayoría sistemas que se mantienen fuera del equilibrio termodinámico por acción externa. En ellos, se establecen fuertes interacciones no-lineales entre un gran número de componentes o grados de libertad; existen umbrales locales para la excitación de inestabilidades; asimismo, hay abundantes fluctuaciones y ruidos de distinto tipo y naturaleza. Ejemplos de estos sistemas son los Forestales, las Placas Testónicas e incluso muchos sistemas sociales y económicos.

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El cuarto estado de la Materia

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Solar    ~    Comentarios Comments (11)

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Plasma el el Universo

 

En el Sol encontramos toda una gama de ejemplos de estructuras fibrosas helicoidales con corrientes de Birkeland fluyendo a lo largo de las líneas de fuerza de los campos magnéticos locales: protuberancias (1011 A), espículas, corrientes coronarias, erupciones y otras más. El Sol es la fuente del campo magnético en forma de espiral de Arquímedes (formada por la rotación del Sol), en el cual se encuentra inmerso la totalidad del sistema solar. La zona influida por el campo magnético del Sol se le conoce como heliósfera. La sonda Voyager 1 (Viajero 1, por su nombre original en inglés) alcanzó en el 2005 la frontera con la heliósfera (heliopausa), la cual es estimada que se encuentra alejada de nosotros entre las 110÷160 Unidades Astronómicas (1 UA = 150 millones de kilómetros). Se espera que el generador termoeléctrico de radiosótopo durará hasta el 2020, lo cuál podría ser suficiente tiempo para enviar datos valiosos acerca del viento solar en la heliopausa. En la heliopausa el Voyager detectó una caida en la velocidad del viento solar desde 1.6 millones de km/hr hasta 250 mil km/hr, puesto que la heliopausa es el lugar donde el viento solar colisiona con el viento estelar. El detector de rayos cósmicos, magnetómetro, detector de ondas de plasma y el detector de partículas cargadas de baja energía del Voyager están operacionales y todavía mandando datos de vuelta a la Tierra, al día de hoy, Junio del 2005. Desde el Sol se expulsa una corriente ininterrumpida de partículas neutrales y cargadas eléctricamente, a la cual llamamos viento solar.

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