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La Energía Magnética.-
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La rebelde energía magnética

Lo inunda todo en el Universo, causa enormes explosiones estelares y espectaculares meteoros terrestres e impide que los reactores de fusión sean eficientes

La reconexión magnética podría ser la forma general de las explosiones en el Universo. Se trata de un fenómeno que puede aparecer en cualquier región del Cosmos ya que todo se encuentra impregnado de campos magnéticos. La Nasa inició el pasado mes su estudio sistemático en el espacio. Una derivada muy importante de la reconexión magnética está relacionada con los reactores nucleares de fusión, aún experimentales, que se ven afectados negativamente por la reconexión magnética. Cuando se conozca mejor ese fenómeno y se pueda neutralizar, se habrá dado un paso de gigante hacia la energía infinita y barata.

Existen ejemplos bien conocidos como el relativo al Sol, donde la reconexión magnética provoca llamaradas estelares tan poderosas como mil millones de bombas atómicas de la potencia de la que estalló en Hiroshima. En la atmósfera terrestre, asimismo, la reconexión magnética alimenta fenómenos meteorológicos tan espectaculares como las tormentas magnéticas y las auroras boreales.

Los fundamentos teóricos son claros y no ofrecen grandes incógnitas. Las líneas de fuerza magnética se suman, se cancelan o neutralizan en un primer momento, después se reconectan y retroalimentan, y entonces se produce una explosión de manera que la energía magnética es liberada en forma de calor y en forma de energía cinética de las partículas cargadas.

La cuestión fundamental es saber cómo se produce al detalle ese fenómeno que se manifiesta a muy diversas escalas y, más concretamente, cómo es posible que el simple hecho de entrecruzar diversas líneas magnéticas dispare una poderosa e incluso una poderosísima explosión.

«Algo muy interesante y fundamental está ocurriendo; algo que realmente no entendemos ni con experimentos de laboratorio, ni con simulaciones llevadas a cabo por computadora», ha indicado Melvyn Goldstein, jefe del Laboratorio de Geofísica Espacial del Centro Goddard para Vuelos Espaciales, de la NASA, agencia pública de EE UU dedicada a las investigaciones del espacio.

Para avanzar en las hipótesis de trabajo y despejar incógnitas, la NASA lanzará próximamente una misión espacial que se espera que llegue al fondo del misterio. Dicha misión se denomina MMS en inglés, siglas que corresponden en español a Misión Multiescala Magnetosférica. Estará constituida por cuatro sondas espaciales que navegarán a través de la magnetosfera terrestre con el fin de estudiar la reconexión magnética justo cuando se encuentra en plena acción.

El diseño preliminar de la misión fue aprobado el pasado mes de mayo y se autorizó su implementación en junio. Cuatro grupos de trabajo formados por ingenieros y científicos comenzaron de forma inmediata, el pasado verano, a construir las sondas espaciales y los delicados equipos que transportarán.

«La magnetosfera terrestre es un maravilloso laboratorio natural para estudiar las reconexiones», comentó Jim Burch, científico de misión del Instituto de Investigaciones del Suroeste. «Es gigantesca, muy profunda y las reconexiones están produciéndose en ella prácticamente de manera continua».

En las capas más externas de la magnetosfera, en donde el campo magnético de la Tierra se encuentra con el viento solar, los eventos de reconexión crean «portales» magnéticos temporales que conectan la Tierra con el Sol, un fenómeno fantástico y muy útil para las investigaciones. Dentro de la magnetosfera, en una estructura muy alargada conocida como «cola magnética», la reconexión propulsa nubes de plasma de alta energía en dirección a la Tierra. Esto produce la formación de auroras boreales en el momento del impacto. Existen otros muchos ejemplos y fenómenos naturales relacionados que la MMS explorará indistintamente.

El Centro Goddard para Vuelos Espaciales es el responsable de la construcción de las cuatro sondas espaciales. «Cada uno de los observatorios tiene la forma de un disco gigante para jugar a hockey sobre hielo, aproximadamente de 3,65 metros de diámetro por 1,21 de altura», explica Karen Halterman, directora del proyecto MMS, en el Centro Goddard.

Los sensores que se utilizarán en la misión para monitorizar los campos electromagnéticos y las partículas cargadas se están construyendo en diversas universidades y laboratorios de EE UU. El Instituto de Investigaciones del Suroeste dirige el proyecto. Cuando los instrumentos estén terminados, serán integrados en las sondas en el Centro Goddard. El lanzamiento está programado para el año 2014, a bordo de un cohete Atlas V.

Los investigadores consideran que la nueva física que se podrá aprender con la MMS aliviará la crisis energética del planeta. «Durante muchos años, los investigadores han considerado la fusión una fuente limpia y abundante de energía para nuestro planeta», añadió Burch. «Un método, la fusión por confinamiento magnético, ha producido resultados bastante prometedores a través de dispositivos conocidos como tokamaks. Sin embargo, han surgido problemas relacionados con la manera de mantener el plasma, el gas ionizado y extremadamente caliente, dentro de la cámara de fusión» a causa de las temperaturas elevadísimas y de la reconexión magnética.

Un resultado espectacular e incluso peligroso asociado a la reconexión es conocido como «la caída diente de sierra». Mientras el calor se acumula dentro del tokamak, la temperatura de los electrones llega a un máximo y luego cae bruscamente a un valor inferior y, entonces, algo del plasma caliente se escapa a causa de las reconexiones del campo magnético de confinación.

Sin embargo, los tokamak no son apropiados para estudiar la reconexión ya que el fenómeno ocurre en un volumen tan pequeño -apenas algunos milímetros de diámetro- que resulta muy difícil de analizar pues es prácticamente imposible construir sensores lo suficientemente pequeños como para sondear la zona de reconexión.

Por el contrario, el campo magnético terrestre es un lugar mucho más apropiado para su estudio. En la amplia burbuja magnética que rodea a nuestro planeta, el proceso de la reconexión magnética tiene lugar en volúmenes y órdenes de magnitud muy grandes, de varias decenas de kilómetros.

Las perturbaciones en los tokamak impiden la producción industrial de electricidad

Desde finales de los años cincuenta del pasado siglo los científicos intentan producir electricidad a partir de la fusión nuclear, de la unión de dos núcleos atómicos mediante una reacción que libera energía. Una supermáquina denominada tokamak -término que en ruso corresponde a cámara toroidal con bobinas magnéticas- ha logrado por el momento los avances más prometedores.

En lo fundamental está formada por un toro -un anillo gigantesco- en cuya cámara, sin aire, se confina un plasma mediante dos fuertes campos magnéticos. Uno de los campos se forma con líneas magnéticas que rodean la cámara toroidal y el otro se crea por la intensa corriente eléctrica del propio plasma, compuesto por partículas cargadas y muy ligeras que son aceleradas por el campo magnético hasta alcanzar velocidades próximas a la de la luz.

Pero el plasma se calienta tanto que no se dispone aún de materiales capaces de soportar tales temperaturas; de ahí la necesidad de aislarlo con un campo magnético.

Sin embargo, los campos magnéticos, a su vez, se ven afectados por el fenómeno de reconexión magnética que ahora va a estudiar la Nasa. De tener éxito, se abriría una vía directa a la energía de fusión en reactores.

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