China está a punto de revolucionar la energía termonuclear

China está tratando de conseguir el liderazgo en el ámbito de la energía termonuclear. Descubre cuán cerca están los científicos chinos de crear una nueva fuente de energía con ayuda de una cámara toroidal fabricada a partir de un diseño soviético.

 

Científicos de todo el mundo buscan realizar la síntesis termonuclear guiada, es decir, intentar fusionar dos núcleos de hidrógeno en uno de helio y así imitar las reacciones que ocurren en el Sol para conseguir una fuente de energía inagotable y ecológicamente limpia. El principal problema con que físicos tropiezan ahora radica en que los núcleos de los átomos tienen cargas positivas y por eso es muy difícil fusionarlos, escribe la periodista Tatiana Pichúgina en su artículo para la versión rusa de Sputnik.


"Para conseguir su fusión necesitan superar la barrera de Coulomb, que a su vez requiere una gran cantidad de energía o calor", recalca.


Por ahora los científicos saben cómo es posible recalentar los isotopos de hidrogeno (deuterio y tritio) hasta una temperatura de millones de grados. Sin embargo, el plasma que se forma en el proceso de su calentamiento suele ser inestable y se enfría en cuestión de segundos.


"Este tiempo es insuficiente para que empiece una reacción estable de síntesis termonuclear", recalca la periodista.


Sin embargo, en los últimos dos años los científicos chinos han logrado marcar récords en cuanto al tiempo y la temperatura de contención del plasma en el reactor termonuclear EAST. Además, China empezó a construir instalaciones para la nueva cámara toroidal con bobinas magnéticas CFETR.


EAST es una cámara toroidal con bobinas magnéticas fabricada a partir de un diseño soviético que fue construida en la ciudad china de Hefei. La periodista recalca que los científicos chinos no solo lograron calentar el plasma en la EAST hasta una temperatura que supera en varias veces a la del Sol, sino que lo mantuvieran en este estado durante 101,2 segundos.
"Por ahora este tiempo es el récord mundial", enfatiza la autora del artículo.


Los científicos chinos también probaron la eficacia del divertor hecho de volframio con el sistema de enfriamiento por agua, dispositivo especial que se instala en una pared del reactor y ayuda a estabilizar el plasma, dice un artículo publicado en el portal Iop Science.


Este y otros experimentos realizados en EAST ayudarán a los científicos chinos a crear CFETR, opina la periodista.


La construcción de CFETR debe empezar en el 2021 y terminará en el 2035. Se cree que este aparato producirá miles de megavatios de energía, lo que será el doble de la capacidad del Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER, por sus siglas en el inglés) que se construye en Francia.


Además, Pekín quiere realizar una prueba de funcionamiento del CFETR antes de que los científicos europeos comiencen la construcción del primer reactor termonuclear comercial en el mundo que se llama DEMO.

23:23 14.04.2019(actualizada a las 01:13 15.04.2019) URL corto

Revelan chinos la estructura atómica del agua de mar

Es la primera vez que se visualiza, desde que el tema fue planteado, hace más de cien años



Científicos chinos revelaron la estructura atómica del ion de sodio hidratado, la composición química básica del agua de mar, según informó el rotativo China Daily este martes.


Los científicos de la Universidad de Pekín y la Academia de Ciencias de China observaron la estructura atómica de los iones hidratados en su ambiente natural mediante el nuevo microscopio atómico desarrollado por China.


La tecnología puede ser utilizada para investigar otros líquidos de base acuosa, lo que abre nuevos caminos para las ciencias moleculares y de materiales, de acuerdo con los científicos. La investigación fue publicada el 14 de mayo en la revista Nature.


Es la primera vez que los científicos son capaces de visualizar la estructura atómica de los iones hidratados desde que el asunto fue planteado, hace más de cien años.


A finales del siglo XIX los científicos comenzaron a estudiar la hidratación de iones, un proceso en que el agua diluye materiales solubles como cloruros sódicos, o la sal. A pesar de que el proceso es muy común en la naturaleza, sigue siendo un misterio cómo funciona exactamente en el nivel atómico.


El agua es el líquido más abundante en la Tierra. Su estructura química sencilla, de dos átomos de hidrógeno pegados a un átomo de oxígeno, es el componente básico de la mayoría de la vida en el planeta, indicó Wang Enge, líder de la investigación.


Sin embargo, la ciencia del agua, en especial en lo que se refiere a su estructura y a su interacción con otros compuestos químicos, es extremadamente compleja y no muy bien entendida, explicó Wang, a quien cita el periódico.


Science incluyó en 2005 la estructura del agua en un listado de los rompecabezas científicos más atractivos, pese a un siglo de investigación sobre el tema.
La razón principal de la complejidad del agua consiste en su sencillez, afirmó Jiang Ying, profesor del Centro Internacional de Materiales Cuánticos de la Universidad de Pekín, quien participó en el estudio.


Más pequeños, en comparación con los de oxígeno


Los átomos de hidrógeno son más sencillos y pequeños en comparación con el átomo de oxígeno que las propiedades raras de la mecánica cuántica comienzan a interferir con los experimentos y así los dejan menos predecibles, según Jiang.


Por tanto, para los científicos es crucial observar directamente cómo el agua interactúa con otros materiales a nivel atómico, explicó.


El grupo de investigación también descubrió que son necesarias exactamente tres moléculas de agua para permitir a un ion de sodio viajar entre 10 y 100 veces más rápido que otros hidratos de ion, un proceso que puede conducir a la fabricación de baterías de iones más eficientes, capas de protección contra la corrosión y plantas de desalación de agua, según el artículo de Nature.


El hallazgo también permite a los científicos tener un mejor entendimiento sobre cómo las células se comunican mediante el intercambio de iones a través de los canales de sus membranas, de acuerdo con Jiang.

Científicos crean "cristales de tiempo", nueva forma de materia

Se cree que sus singulares propiedades podrían contribuir a hacer realidad la computación cuántica

"Esto abre la puerta a un mundo de fases de no equilibrio", señala investigador


Un nuevo tipo de materia –apodado "cristal de tiempo" porque su estructura atómica se repite en la cuarta dimensión, más que en el espacio– ha sido creado por dos equipos de científicos, en una hazaña que en otro tiempo se consideraba teóricamente imposible.

Los cristales normales, que van desde los diamantes hasta los copos de nieve, tienen átomos dispuestos en una estructura tridimensional semejante a una celosía. En cambio, los átomos en los cristales de tiempo, cuya existencia fue sugerida primero en 2012, repiten una pauta en la cuarta dimensión, el tiempo. Esto significa, en esencia, que oscilan en movimiento perpetuo sin influencia externa.

Antes de su creación real, algunos investigadores habían expresado dudas de que alguna vez se pudieran hacer cristales de tiempo, pues la idea de un objeto en movimiento perpetuo rompe las leyes vigentes de la física. Pero se cree que es posible en parte por el extraño comportamiento de la materia en al escala cuántica. Un cristal de tiempo parece ser un sistema cerrado, así que no se pierde energía hacia el mundo exterior. Y también parece tener propiedades similares a las de los superconductores, de modo que los electrones pueden moverse sin resistencia. Esto permite que al menos en teoría el movimiento observado continúe por siempre.

Aunque se cree que las aplicaciones prácticas están muy lejanas, existe la idea de que las singulares propiedades de estos cristales podrían contribuir a hacer realidad la computación cuántica. Existen prototipos de computadoras cuánticas, pero requieren una fuerte protección hasta de la más ligera interferencia del mundo exterior. Los cristales podrían ayudar a proteger la información almacenada, lo cual superaría uno de los mayores obstáculos al uso extendido de computadoras millones de veces más rápidas que las usadas hoy día.

Uno de los equipos, encabezado por investigadores de la Universidad de Maryland, creó el primer cristal de tiempo usando átomos cargados eléctricamente del elemento iterbio. Usó un campo eléctrico para levitar 10 de estos átomos sobre una superficie, y luego los golpeó repetidas veces con un pulso de un láser. Los átomos comenzaron a saltar por sí mismos en una pauta regular, pero en forma extraña: más que moverse al ritmo de los pulsos de láser, lo hacían a la mitad del ritmo.

Los investigadores compararon esto con golpear dos veces una tecla del piano pero obtener una sola nota, o apretar con regularidad una esponja pero verla repuntar sólo al segundo apretón. Al parecer esto es un signo revelador de un cristal de tiempo.

Avalado por Nature

La noticia de esta aparente creación fue revelada en octubre del año pasado, pero el mundo científico habían estado esperando ver los detalles completos en una revista revisada por pares.

Ahora el equipo de Maryland y otro encabezado por expertos de la Universidad Harvard han publicado documentos en Nature, una de las principales revistas del mundo. El profesor Andrew Potter, de la Universidad de Texas en Austin, integrante del equipo dirigido por Maryland, comentó: "Esto abre la puerta a todo un mundo de fases de no equilibrio. Hemos tomado las ideas teóricas que habíamos estado repasando en los dos años pasados y en realidad lo construimos en el laboratorio. Esperamos que sea apenas el primer ejemplo y que vengan muchos en adelante".

Sin embargo, en un comentario publicado por Nature, un destacado experto en el campo sugirió que se requiere más investigación para demostrar sin lugar a dudas que los cristales de tiempo existen.

El profesor Chetan Nayak, de la Universidad de California en Santa Bárbara, escribió que, con base en nuestro conocimiento actual, había sido natural ver si era posible "romper espontáneamente la simetría traslacional en el tiempo de las leyes de la física". Pero añadió que es posible que el inusitado movimiento de salto visto en los presuntos cristales de tiempo no dure para siempre.

"Ambos grupos presentaron evidencia de un cristal de tiempo", señaló Nayak, "pero sus resultados combinados apuntan a la necesidad de experimentos que muestren en verdad que las oscilaciones se mantienen en fase durante periodos extensos y no son detenidas por las inevitables fluctuaciones".

© The Independent

Traducción: Jorge Anaya

La apuesta por la fusión nuclear como fuente de energía sigue en pie

Todas las potencias mundiales aprueban el nuevo calendario del proyecto ITER, a pesar de que aumentan los costes, mientras en Francia se acelera la construcción del gigantesco reactor experimental.

 

Una gigantesca instalación científica que remeda una estrella, como el Sol, está tomando forma con una rapidez notable en los Alpes franceses. Es el reactor experimental de fusión ITER (las siglas forman la palabra camino en latín), que se construye en Francia apoyado por todas las potencias mundiales, con la intención de demostrar la viabilidad científica y técnica de la fusión de núcleos atómicos (el origen de la energía estelar) como nueva fuente de energía.

Aunque la complejidad y tamaño de sus elementos son difíciles de describir con o sin imágenes, el objetivo principal no es la hazaña tecnológica de su construcción sino lo que va a pasar en el futuro, si va a funcionar y cuándo. Por eso es importante que hace unos días los representantes de todos los socios del mayor proyecto tecnológico científico del mundo hayan dado su aprobación al nuevo calendario que les presentó la Organización ITER. Este calendario, muy detallado, que se ha retrasado casi tantas veces como años lleva el proyecto en construcción, prevé que la primera producción de plasma (el cuarto estado de la materia, que se alcanza solo a elevadísimas temperaturas) se produzca en 2025. Así que se espera que dentro de menos de 10 años un gas de hidrógeno a 150 millones de grados de temperatura dará lugar ya a reacciones de fusión, aunque la primera carga de deuterio-tritio (el combustible para su funcionamiento como reactor) tarde otros diez años.


Tras varios baches en la organización y el ritmo de construcción, en 2016 los responsables de ITER han podido presumir que los 19 hitos del proyecto previstos para este año se han cumplido tanto en tiempo como en presupuesto gracias al ritmo impuesto por el nuevo director, el francés Bernard Bigot, desde hace 18 meses. Con ese logro, se ha aprobado el presupuesto total para el periodo hasta 2035, pero ahora cada país o grupo de países debe obtener el dinero de sus presupuestos particulares. Aunque es muy difícil de calcular, Bigot ha aventurado que la construcción del ITER costará 18.000 millones de euros, 4.000 millones más que lo calculado en 2010. El proyecto nació oficialmente hace ahora 10 años, durante el curso de una ceremonia solemne en París.


La Unión Europea (Suiza incluida), es el socio principal y contribuye con casi la mitad del coste de construcción del proyecto. Los otros seis socios son China, India, Japón, Corea del Sur, Rusia y Estados Unidos, que contribuyen a partes iguales con el suministro de los distintos componentes y que en su mayoría no hacen públicos sus gastos. La participación estadounidense está en la cuerda floja desde hace varios años y la llegada del presidente Donald Trump introduce un nuevo factor de incertidumbre, a pesar de que el Departamento de Energía de Estados Unidos se sigue mostrando favorable al proyecto. También el Brexit contribuye a la incertidumbre, si bien Reino Unido siempre ha sido muy activo en la investigación sobre fusión nuclear y no es de esperar que cese la colaboración internacional en este campo.

Esta investigación incluye muchos campos distintos, como superconductividad, robótica, materiales y simulaciones, además de la obra civil con todas sus necesidades de alta tensión eléctrica, grandes depósitos y nuevas vías de acceso. Los edificios que albergarán el reactor tipo tokamak, de 30 metros de diámetro, en forma de donut gigantesco, así como otros edificios del complejo, están muy avanzados. Ya han empezado a llegar los convoyes especiales, que transportan elementos de gran peso y tamaño procedentes de los países socios donde se han construido, desde un puerto cercano a Marsella. Para ello se ha tenido que construir una carretera especial que es solo uno de los cambios que está sufriendo esta zona de la Provenza.

Se estima que el edificio que albergará el tokamak, con su millón de componentes, se terminará en 2019. En el nuevo calendario se prevé que la construcción se termine por etapas, durante las que se combinará con experimentos científicos y tecnológicos. La apuesta sigue, pues, en pie por una fuente de energía inagotable y poco contaminante, pero los obstáculos, incluido el coste y el propio desafío técnico de un proyecto único en la historia, también siguen ahí.

Cuatro elementos sin nombre entran en la tabla periódica

MADRID.- Ununtrium, ununpentium, ununseptium y ununoctium son los números latinos que denominan provisionalmente a los cuatro nuevos elementos químicos que se acaban de incluir oficialmente en la tabla periódica, tras años de anuncios sobre su descubrimiento. Representan los elementos con números atómicos 113, 115, 117 y 118, que completan la séptima fila de la tabla (el número atómico es el número de protones en el núcleo). Ahora que se ha producido el reconocimiento oficial de los autores de los descubrimientos les corresponde a ellos proponer los nombres y los símbolos permanentes con los que pasarán a la historia de la química. Las propuestas se pueden basar en mitos, minerales, lugares, instalaciones, países o científicos.

La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) hizo pública el pasado 30 de diciembre su decisión de dar por buenos los anuncios realizados desde 2003 por varios equipos de Rusia, Estados Unidos y Japón de haber conseguido crear estos elementos a partir de la colisión y consiguiente fusión de núcleos atómicos más ligeros. Se trata de procesos muy complicados y tecnológicamente avanzados que sólo se realizan en muy pocos laboratorios especializados en todo el mundo.


El número 113 se ha adjudicado a los científicos japoneses del Centro Riken que lo "vieron" por primera vez en 2003, a pesar de que otros equipos optaban a este reconocimiento. Se trata del primer elemento que se descubre en Asia, lo que resaltó Kosuke Morita, el director del equipo, tras conocerse la decisión de la IUPAC. Los otros tres elementos descubiertos se han adjudicado a los científicos rusos y estadounidenses que trabajan de forma conjunta en los laboratorios de Dubna, en Rusia, y Lawrence Livermore y Oak Ridge, en Estados Unidos. El 115 y 117 lo comparten los tres centros de investigación por trabajos hechos en 2010, 2012 y 2013 y el 118, el más pesado, lo comparten Dubna y Livermore, que empezaron en 2006 a buscarlo.


Este hito en la historia de la tabla periódica ha resultado dificultoso de alcanzar porque los nuevos elementos superpesados tienen una vida extremadamente corta, de fracciones de segundo, antes de autodestruirse en una cascada de elementos más ligeros y partículas. "Establecer la existencia de estos nuevos elementos es especialmente difícil porque decaen en isótopos, hasta ahora desconocidos, de elementos un poco más ligeros que también tienen que ser identificados completamente", ha comentado Paul J. Karol, presidente del comité que ha tomado la decisión, "Sin embargo, en el futuro esperamos mejorar los métodos que puedan medir directamente el número atómico Z", ha añadido.

Por ejemplo, en el caso del elemento 117, sólo se consiguieron crear seis átomos en seis meses, disparando isótopos de calcio sobre un blanco de berkelio en un ciclotrón (un acelerador de partículas) especializado en Dubna. Los últimos elementos que habían entrado en la tabla hasta ahora habían sido el 114 y el 116, con los nombres Flerovio y Livermorio, respectivamente, que responden a los laboratorio Flerov, de Rusia y el citado Livermore.

Aunque no existen en la naturaleza y no tienen aplicaciones prácticas, estos elementos son un paso más para avanzar hacia otros de mayores números atómicos, en los que los investigadores tienen la esperanza de alcanzar lo que llaman una isla de estabilidad, algún isótopo de un elemento cuya combinación de protones y neutrones sea relativamente estable. Los números 119 y 120 están ya al alcance de la tecnología existente, creen los expertos, que ya están intentando detectarlos. Un ejemplo es Morita, que además de pensar este año que en un nombre para el elemento 113 (algunos hablan de japonio), también espera dar un paso más en su investigación: "Ahora que hemos demostrado sin duda alguna la existencia del elemento 113 queremos entrar en el territorio desconocido del elemento 119 y más allá, con el objetivo de estudiar las propiedades químicas de los elementos en las filas séptima y octava de la tabla periódica y algún día descubrir la isla de estabilidad", ha dicho. También ha resaltado que es muy importante rellenar los espacios vacíos de la tabla periódica porque puede que solo existan 173 elementos. Sin embargo, se supone que más allá del 120 resultará imposible crearlos.

Afinan planes para el sucesor del Gran Colisionador de Hadrones

Escasos cinco años después de que el Gran Colisionador de Hadrones empezó a estrellar unos átomos con otros para tratar de resolver los misterios del universo, los científicos ya planean remplazarlo con una enorme máquina cuatro veces más grande.


Los planes, discutidos por científicos en una reunión sobre futuros colisionadores circulares, la semana pasada en Ginebra, implican construir un supercolisionador en torno de esa ciudad suiza, en un túnel de 100 kilómetros de largo. El colisionador actual, construido por la Organización Europea de Investigación Nuclear (Cern) a un costo de 9 mil 200 millones de dólares, se comenzó a edificar a finales de 2008.


Apenas una semana después de que el GCH entró en operación, una fuga de varias toneladas de helio líquido retrasó las pruebas más de un año. Pero de entonces a la fecha ha compensado la fe de los físicos de partículas y el año pasado demostró la existencia del bosón de Higgs, la partícula subatómica que da masa a la materia.


Sin embargo, como el GCH debe quedar fuera de servicio antes de 2040, no hay tiempo que perder para planear su remplazo, sostuvo el profesor Philip Burrows, investigador en física de la Universidad de Oxford.


Puesto que el tiempo de gestación de los aceleradores grandes es de un par de décadas, necesitamos comenzar a pensar ahora si queremos tener un diseño a la mano para que una posible máquina nueva entre en operación en la Cern a finales de la década de 2030, expuso.


El doctor Rolf Heuer, director general de la Cern, comentó: Tenemos grandes esperanzas de que ahora que el GCH marche a mayor energía, el año próximo, podríamos obtener la primera visión de lo que es la materia oscura. Y ya después de eso yo asumiría que podríamos tener argumentos de física para contar con un futuro colisionador circular.
El nuevo tunel Cern de 100 kilómetros es una de varias propuestas que se consideran para remplazar el GCH, el cual lanza unos átomos contra otros virtualmente a la velocidad de la luz.


De ningún modo es seguro que el nuevo colisionador esté siquiera en Europa, pues Japón y China están interesados en albergar uno, y los científicos también discuten respecto de qué partículas deben probarse. Algunos favorecen las colisiones de protones, como se hace en el GHC, de 27 kilómetros, señalando la capacidad de alcanzar energías mucho más altas y condiciones extremas en un intento de estimular las que prevalecían durante el Big Bang. Otros apoyan usar electrones, que son más fáciles de dirigir y arrojan resultados más sencillos de interpretar.


Otros planes comprenden un colisionador lineal compacto, desarrollando nuevas tecnologías para poner energía en haces de partículas en distancias cortas.


Los costos de crear un nuevo colisionador, en un túnel de 100 kilómetros, serían enormes. Se calcula que haría falta extraer 10 millones de metros cúbicos de roca. La Cern rehúsa especular sobre las sumas requeridas, pero, dado el costo de 9 mil 200 millones de dólares del GCH, en el que sólo se retiraron 1.5 millones de metros cúbicos de roca, es probable que llegue a decenas de miles de millones.


Científicos deben informar a la Cern en 2018 qué es lo que debe construirse. Suponiendo que lleguen a un acuerdo, tardaría otros 15 años o más crear el nuevo colisionador.


También persisten inquietudes sobre las consecuencias imprevistas de la investigación de alto nivel. Científicos y expertos legales advirtieron que los planes de perfeccionar el acelerador de partículas más poderoso después del GHC, en el Laboratorio Nacional Brookhaven de Nueva York, conllevan el riesgo de crear microhoyos negros y strangelets, forma teórica de materia que podría provocar una reacción en cadena que convierta todo en materia extraña y destruya el planeta. Pero algunos temían lo mismo con el GHC, y hasta ahora hemos sobrevivido.


© The Independent
Traducción: Jorge Anaya