Estudian en la UNAM sistemas híbridos para generar energía nuclear
•A partir de modelos físico-matemáticos son analizadas las reacciones conjuntas de fisión-fusión en reactores. A futuro, podrían aplicarse para generar energía limpia, aseguró Juan Luis François Lacouture, de la Facultad de Ingeniería
Entre 11 de la mañana y cuatro de la tarde, la sensación de calor nos invade. Aún con cielo nublado, los rayos solares irradian el territorio nacional. Esta energía es generada por el Sol, la mayor fuente de radiación electromagnética de nuestro sistema, debido a las reacciones de fusión termonuclear en su núcleo.
Actualmente, la generación de electricidad en centrales nucleares se sustenta en la fisión, proceso en el que un átomo grande es dividido en dos para crear gran cantidad de energía; no obstante, produce residuos clasificados como de alto nivel, una de las causas principales del rechazo por esta alternativa.
Diversos grupos de investigación en el mundo trabajan en líneas orientadas a utilizar los fundamentos nucleares, con la finalidad de desarrollar tecnología para la producción de electricidad.
En la UNAM, Juan Luis François Lacouture, de la Facultad de Ingeniería (FI) y Julio Herrera, del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN), en colaboración con Martín Nieto, del Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA), Querétaro, consolidan indagaciones en este rubro, para diseñar sistemas híbridos de fisión-fusión.
Mediante modelos físico-matemáticos, simulan la trayectoria de millones de neutrones en esas reacciones, a fin de aplicar este conocimiento en tecnología para producir energía limpia.
En el centro de los sistemas sucedería la fusión. Los neutrones de alta energía en una fuente compacta, se desplazarían hasta encontrar una “cobija” que rodea la fuente, y producirían las fisiones que liberan energía.
Así, el combustible gastado –que constituye actualmente los residuos de alta actividad nuclear- podría reutilizarse o desintegrarse en elementos más sencillos, con menor radiactividad; al conjuntar estas características, se reducirían los elementos radiotóxicos. El interés final de los trabajos es obtener la incineración de los desechos de alto nivel.
Con un diseño adecuado, estos dispositivos tendrían la capacidad de producir combustible durante miles de años y, a la vez, de disminuir residuos de alta radiactividad. Serían sostenibles por garantizar mejores condiciones futuras, y por ser un recurso prácticamente infinito. Desde el punto de vista de la sostenibilidad, constituyen uno de los conceptos más alentadores, aseguró François Lacouture.
Supercómputo
Hace siglos, los mayas predijeron con exactitud una serie de eventos astronómicos, como el tránsito de Venus. A la par, dominaron otras áreas del conocimiento, como el cálculo relacionado con el dominio del tiempo. El legado arquitectónico de Kan Balam, gobernante de Palenque, es ejemplo de ello.
En su honor, la Universidad Nacional nombró así a su poderosa supercomputadora, capaz de realizar, simultáneamente, 7.113 billones de operaciones matemáticas por segundo. Cuenta con mil 368 procesadores, memoria RAM de tres mil 016 gigabytes y un sistema de almacenamiento de 160 mil gigabytes. Es utilizada en investigaciones de química cuántica, ingeniería sísmica, geología, astrofísica y física de partículas, entre otras.
François Lacouture explicó que en los estudios del sistema híbrido se ha dispuesto de la capacidad de Kan Balam. El modelo físico-matemático, basado en el método de Monte Carlo, simula la trayectoria de los neutrones, y cuantifica las reacciones nucleares que tienen lugar en el sistema híbrido de fisión-fusión.
El azar juega un papel preponderante, como en el casino al que alude su nombre. Aleatoriamente, como en un juego de ruleta, define, por ejemplo, el ángulo con el que sale dispersado un neutrón después de un choque, su trayectoria y posible interacción con otros elementos, ejemplificó.
“Es como si hiciéramos un experimento en vivo. Por ejemplo, podemos calcular el número de neutrones generados en las reacciones de fisión en cadena y la energía que libera, con base en distribuciones de probabilidad. Así, como en un experimento, mientras más datos obtengamos, mejor será el resultado”.
Energía limpia
El ingeniero nuclear recordó que los reactores actuales de fisión producen combustible gastado de alta radiactividad. En algunos países, como Francia, se somete a un método de reprocesamiento, que separa los productos para su confinamiento, que pueden ser utilizados nuevamente como combustible, como el plutonio.
En un sistema híbrido, los desechos de la fisión de los reactores actuales serían transformados en elementos de menor radiactividad, lo que podría disminuir el volumen de los residuos que deben confinarse definitivamente, destacó.
Gracias a los neutrones de alta energía, provenientes de la fusión, podría incinerarse plutonio de alta radiactividad, o utilizarlo en la producción de nuevo combustible, según como se realice el diseño del sistema. Las simulaciones, de bajo costo, comparado con instalaciones experimentales, permiten una aproximación al funcionamiento de estos dispositivos.
El grupo de expertos trabaja en el perfeccionamiento del modelo físico-matemático, y en la interacción con grupos de investigación de otros países, enfocados en cuestiones experimentales. A futuro, el objetivo es validar los resultados obtenidos, finalizó.
Juan Luis François Lacouture, de la Facultad de Ingeniería de la UNAM.
29 de diciembre de 2012
•A partir de modelos físico-matemáticos son analizadas las reacciones conjuntas de fisión-fusión en reactores. A futuro, podrían aplicarse para generar energía limpia, aseguró Juan Luis François Lacouture, de la Facultad de Ingeniería
Entre 11 de la mañana y cuatro de la tarde, la sensación de calor nos invade. Aún con cielo nublado, los rayos solares irradian el territorio nacional. Esta energía es generada por el Sol, la mayor fuente de radiación electromagnética de nuestro sistema, debido a las reacciones de fusión termonuclear en su núcleo.
Actualmente, la generación de electricidad en centrales nucleares se sustenta en la fisión, proceso en el que un átomo grande es dividido en dos para crear gran cantidad de energía; no obstante, produce residuos clasificados como de alto nivel, una de las causas principales del rechazo por esta alternativa.
Diversos grupos de investigación en el mundo trabajan en líneas orientadas a utilizar los fundamentos nucleares, con la finalidad de desarrollar tecnología para la producción de electricidad.
En la UNAM, Juan Luis François Lacouture, de la Facultad de Ingeniería (FI) y Julio Herrera, del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN), en colaboración con Martín Nieto, del Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA), Querétaro, consolidan indagaciones en este rubro, para diseñar sistemas híbridos de fisión-fusión.
Mediante modelos físico-matemáticos, simulan la trayectoria de millones de neutrones en esas reacciones, a fin de aplicar este conocimiento en tecnología para producir energía limpia.
En el centro de los sistemas sucedería la fusión. Los neutrones de alta energía en una fuente compacta, se desplazarían hasta encontrar una “cobija” que rodea la fuente, y producirían las fisiones que liberan energía.
Así, el combustible gastado –que constituye actualmente los residuos de alta actividad nuclear- podría reutilizarse o desintegrarse en elementos más sencillos, con menor radiactividad; al conjuntar estas características, se reducirían los elementos radiotóxicos. El interés final de los trabajos es obtener la incineración de los desechos de alto nivel.
Con un diseño adecuado, estos dispositivos tendrían la capacidad de producir combustible durante miles de años y, a la vez, de disminuir residuos de alta radiactividad. Serían sostenibles por garantizar mejores condiciones futuras, y por ser un recurso prácticamente infinito. Desde el punto de vista de la sostenibilidad, constituyen uno de los conceptos más alentadores, aseguró François Lacouture.
Supercómputo
Hace siglos, los mayas predijeron con exactitud una serie de eventos astronómicos, como el tránsito de Venus. A la par, dominaron otras áreas del conocimiento, como el cálculo relacionado con el dominio del tiempo. El legado arquitectónico de Kan Balam, gobernante de Palenque, es ejemplo de ello.
En su honor, la Universidad Nacional nombró así a su poderosa supercomputadora, capaz de realizar, simultáneamente, 7.113 billones de operaciones matemáticas por segundo. Cuenta con mil 368 procesadores, memoria RAM de tres mil 016 gigabytes y un sistema de almacenamiento de 160 mil gigabytes. Es utilizada en investigaciones de química cuántica, ingeniería sísmica, geología, astrofísica y física de partículas, entre otras.
François Lacouture explicó que en los estudios del sistema híbrido se ha dispuesto de la capacidad de Kan Balam. El modelo físico-matemático, basado en el método de Monte Carlo, simula la trayectoria de los neutrones, y cuantifica las reacciones nucleares que tienen lugar en el sistema híbrido de fisión-fusión.
El azar juega un papel preponderante, como en el casino al que alude su nombre. Aleatoriamente, como en un juego de ruleta, define, por ejemplo, el ángulo con el que sale dispersado un neutrón después de un choque, su trayectoria y posible interacción con otros elementos, ejemplificó.
“Es como si hiciéramos un experimento en vivo. Por ejemplo, podemos calcular el número de neutrones generados en las reacciones de fisión en cadena y la energía que libera, con base en distribuciones de probabilidad. Así, como en un experimento, mientras más datos obtengamos, mejor será el resultado”.
Energía limpia
El ingeniero nuclear recordó que los reactores actuales de fisión producen combustible gastado de alta radiactividad. En algunos países, como Francia, se somete a un método de reprocesamiento, que separa los productos para su confinamiento, que pueden ser utilizados nuevamente como combustible, como el plutonio.
En un sistema híbrido, los desechos de la fisión de los reactores actuales serían transformados en elementos de menor radiactividad, lo que podría disminuir el volumen de los residuos que deben confinarse definitivamente, destacó.
Gracias a los neutrones de alta energía, provenientes de la fusión, podría incinerarse plutonio de alta radiactividad, o utilizarlo en la producción de nuevo combustible, según como se realice el diseño del sistema. Las simulaciones, de bajo costo, comparado con instalaciones experimentales, permiten una aproximación al funcionamiento de estos dispositivos.
El grupo de expertos trabaja en el perfeccionamiento del modelo físico-matemático, y en la interacción con grupos de investigación de otros países, enfocados en cuestiones experimentales. A futuro, el objetivo es validar los resultados obtenidos, finalizó.
•Con este sistema, denominado Anti-icing, se impide la formación de hielo en alas y fuselaje de las aeronaves, además de contribuir a la seguridad de los pasajeros
El Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA), Unidad Querétaro, del Instituto Politécnico Nacional (IPN), trabaja en el desarrollo de un plasma para recubrir aviones y eliminar el hielo acumulado en fuselaje y alas de las aeronaves, que se forma a consecuencia de las bajas temperaturas.
Martín de Jesús Nieto Pérez, investigador del CICATA Querétaro y coordinador del proyecto Jet de Plasma, señaló que a la formación de capas de hielo en alas, flaps, alerones, elevadores y timón de dirección de los aviones, se le conoce como icing o hielo estructural, que representa un riesgo para la tripulación y los pasajeros porque la nieve y el hielo modifican las propiedades aerodinámicas de la nave.
Indicó que en el año 2010 se registraron 388 accidentes aéreos en todo el mundo relacionados con la formación de hielo en los aviones, y aunque existen algunos sistemas para retirarlo de la estructura metálica, el problema persiste y las consecuencias pueden ser fatales.
En el CICATA Querétaro, dijo el investigador, se desarrolla una estrategia de Anti-icing, que consiste en la aplicación de una película o plasma sobre las superficies metálicas de la aeronave, cuya cualidad es la de impedir la creación de capas de hielo.
Nieto Pérez explicó que el plasma tiene un ingrediente activo conocido como Hexametil Disiloxano (HMDSO), que al aplicarlo se rompe y forma fragmentos que se encadenan y convierten en polímeros.
Dichos polímeros, agregó el profesor politécnico, incrementan la tensión superficial del agua en contacto con el plasma y se produce una gota de mayor espesor, que se escurrirá más fácilmente de las superficies de control de los aviones.
La ventaja de este sistema Anti-icing, que se desarrolla en el CICATA Querétaro, radica en la aplicación de un menor volumen de agente HMDSO y una baja toxicidad del mismo. Otra ventaja del Jet de Plasma es que se mantiene en la aeronave de forma permanente, es decir tanto en tierra como en el aire, impidiendo la acumulación de hielo.
El investigador politécnico aseguró que este sistema supera otros procedimientos de deshielo, como aquel que utiliza agua caliente a presión sobre la estructura metálica, el cual implica un amplio gasto de agua y de energético para su calentamiento y se emplea previo al despegue, sin embargo, en vuelo el hielo puede crearse nuevamente.
Puntualizó que con este sistema se brindará mayor eficiencia a la industria de la aviación y mayor seguridad para la integridad física de los pasajeros, además de disminuir costos en los procedimientos de deshielo de las alas y el fuselaje de las naves aéreas.
El académico del CICATA Querétaro del IPN, resaltó que este proyecto tendrá también un importante impacto en empresas de refrigeración, para mejorar el proceso del evaporador y disminuir la formación de escarcha. Asimismo se puede aplicar en las turbinas de tierra, que son utilizadas en naciones donde las temperaturas suelen ser muy bajas.
Créditos: Comunicación Social/IPN/ Boletín 025
Investigaciones universitarias, cultura, ciencia, noticias y contenidos de interés. Puebla, México.
31 de enero de 2011