MEXICO, D.F.- Cada vez que observamos el Sol o las estrellas por la noche, vemos a estos astros brillar gracias a procesos de fusión nuclear que involucran temperaturas de millones de grados centígrados. Ahora la máquina Z del laboratorio nacional Sandia de Estados Unidos ha producido plasmas que exceden temperaturas de 3 mil millones de grados centígrados, más caliente que el interior de las estrellas.
El resultado de este experimento significa que su comprensión total podría eventualmente ayudar a la construcción de plantas de fusión nuclear más pequeñas y menos costosas, que producirían la misma cantidad de energía que plantas más grandes.
El fenómeno también puede explicar cómo eventos astrofísicos tales como las llamaradas solares mantienen sus temperaturas extremas.
Esta radiación muy alta crea también nuevos ambientes experimentales para ayudar a validar los códigos de computadora responsables de mantener confiablemente las armas nucleares almacenadas con seguridad, la principal misión principal de la maquina Z.
"Al principio, no lo creíamos", dijo Chris Deeney, jefe del proyecto en Sandia. "Repetimos el experimento muchas veces para cerciorarnos de que obteníamos un resultado verdadero". Los resultados, registrados por espectrómetros y confirmados por modelos de computadora creados por John Apruzese y sus colegas en el laboratorio de investigación naval, han realizado 14 meses de pruebas adicionales.
Una descripción del logro, así como una explicación del consultor Malcolm Haines de Sandia, fue publicada en la revista especializada "Physical Review Letters".
Las energías de Z en estos experimentos plantearon varias preguntas. Primero, la salida irradiada de rayos x era hasta cuatro veces mayor que la entrada de energía cinética prevista. Ordinariamente, en reacciones no nucleares, las energías de salida son menores, no mayores, que las energías totales de entrada.
Tuvo que conseguirse más energía dentro para balancear los libros ¿pero de donde podría provenir?
En segundo lugar, e inusualmente, las altas temperaturas de los iones fueron sostenidas después de que se hubiera estancado el plasma, es decir, después de que sus iones hubieran perdido probablemente el movimiento y por lo tanto energía y calor, como si algún agente desconocido proporcionara otra vez una fuente de energía adicional a los iones.
La máquina Z de Sandia funciona normalmente así: 20 millones de amperios de electricidad pasan en un núcleo vertical de tungsteno de un grosor menor al de un cabello. El núcleo es de un tamaño similar al de un carrete de coser.
Los alambres se disuelven instantáneamente en una nube de las partículas cargadas llamadas plasma.
El plasma, atrapado en el apretón de un campo magnético muy fuerte que acompaña a la corriente eléctrica, se comprime hasta el grosor de un lápiz.
Esto sucede muy rápidamente, a una velocidad en la que volaría un aeroplano de Nueva York a San Francisco en sólo algunos segundos.
En este punto, los iones y los electrones no tienen a ninguna parte más lejos que ir. Como un coche que apresuradamente golpea una pared de ladrillos, se paran repentinamente, emitiendo energía en la forma de rayos x que alcanzan temperaturas de varios millones de grados centígrados, la temperatura de las llamaradas solares.
La nueva proeza de obtener temperaturas de 3 millones de grados fue lograda en parte sustituyendo alambres de acero en conjuntos cilíndricos de 55 a 80 milímetros de diámetro por grupos típicos de alambre de tungsteno, de apenas unos 20 milímetros de diámetro.
Las velocidades más altas alcanzadas sobre estas largas distancias es en parte responsable de temperaturas más altas (el uso del acero permitió medidas espectroscópicas detalladas de estas temperaturas imposibles de obtener con tungsteno). Haines teorizó que la conversión rápida de la energía magnética a una temperatura muy alta del plasma de los iones fue alcanzada por inestabilidades inesperadas en puntos de estancamiento ordinario, es decir, puntos en los cuales los iones y los electrones no pudieron viajar más lejos.
El plasma debe haberse derrumbado y su energía interna irradiada lejos. Pero por aproximadamente 10 nanosegundos, una cierta energía desconocida todavía empujaba detrás contra el campo magnético.
La explicación de Haines propone que las energías magnéticas en la maquina Z crean microturbulencias que aumentan la energía cinética de los iones atrapados en el campo magnético.
Ya caliente, la sacudida adicional de energía cinética entonces produce calor en aumento, pues los iones y su energía se mezclan con los electrones a través de fricción, incluso después de haber sido agotados.
Las altas temperaturas se asumía previamente que eran producidas enteramente por el vuelo cinético, la intersección de iones y electrones y por acompañamiento de campos de microturbulencia.
Este trabajo ha estimulado ya otros estudios en Sandia y en la universidad de Nevada en Reno.
