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Investigador Germán Vogel y estudiante Catalina Vásquez realizan inédita operación remota de reactor experimental de fusión nuclear Tokamak Golem en Praga

 

Exp golem

Germán Vogel y Catalina Vásquez realizando experimento remoto desde el Instituto de Física

 

A finales del mes de enero se realizó en las instalaciones del Instituto de Física una sesión experimental remota operando el Tokamak Golem, un reactor de fusión nuclear alojado en la Universidad Técnica Checa de Praga. La instancia estuvo a cargo del profesor Germán Vogel, apoyado de Catalina Vásquez, alumna de pregrado. La manipulación de un tokamak desde Chile es un hito, ya que permite a la comunidad de científicos y estudiantes acceso a equipamiento crítico para la generación de energía a partir de fusión nuclear.

 

La gran ventaja de esta experiencia fue que el equipo tuvo acceso a programar los parámetros fundamentales de la instalación: “Existen otros reactores en el mundo que son más grades en los que tú puedes solicitar datos o que se generen descargas con plasmas a ciertas temperaturas, pero tienes un número muy limitado de parámetros que se pueden modificar. En el caso de nuestro trabajo con Golem, tuvimos la posibilidad de experimentar con cuatro variables: el gas que inyectamos como medio dentro del reactor; la intensidad del campo magnético que rodea la cámara donde se encuentra el plasma; la intensidad de la corriente que circula por el plasma y la presión en el interior de la cámara.  Esta sesión experimental remota se trató de ir combinando y optimizando en tiempo real, desde nuestros computadores y a miles de kilómetros de distancia, estos cuatro parámetros, para obtener los mejores resultados experimentales posibles. Este tipo de experiencias permite que los estudiantes puedan entender mejor cómo funciona un tokamak real, en el que los resultados son escalables a reactores más grandes”, explica Germán Vogel.

 

¿Qué es un Tokamak?

El tokamak es una instalación experimental de forma toroidal (similar a una dona) rodeado de bobinas magnéticas. Desde la década de los 70 la comunidad científica internacional los ha utilizado en su afán de imitar la forma en que las estrellas generan energía, a través de la fusión de átomos de hidrógeno reemplazando la presión gravitatoria del sol por campos magnéticos y una temperatura mayor a su núcleo.

 

El fin último es obtener energía de forma segura, limpia y sostenible.

 

 “Me quise dedicar desde un principio al área de Física del Plasma porque la fusión nuclear me parecía apasionante. Me llamaba la atención que desarrollando conocimiento y tecnología fuera posible, en el futuro, obtener una fuente inagotable de energía que proviniera de un recurso natural abundante, accesible para toda la humanidad. Ya de estudiante quería contribuir a la comunidad internacional y los tokamaks son las instalaciones que tienen mejor pronóstico de lograr la fusión nuclear y donde se ha concentrado el capital humano y de investigación durante los últimos años”, reflexiona el investigador Germán Vogel.

 

Remoto¿Cómo funciona un tokamak?

En el interior de la cámara del tokamak se inyecta un gas neutro liviano, como hidrógeno o helio. Al aplicar calor y presión sobre él, el gas cambia de estado y se transforma en un plasma.

 

¿Cómo se confina el plasma en el experimento?

 

Un tokamak funciona de forma similar a un rayo en una tormenta eléctrica. En la naturaleza, cuando se genera una diferencia de potencial de ionización, la corriente busca un medio transportarse. Entonces utiliza el aire, transformándolo en plasma momentáneamente, generando en ese momento una descarga visible para los humanos. En el tokamak, sin embargo, esa descarga es atrapada y sostenida en el tiempo.  

 

El plasma es un buen conductor eléctrico. Por lo tanto, en el experimento, se induce la circulación de corriente y se generan campos magnéticos alrededor de la cámara donde está el plasma. La configuración llega a un punto crítico donde se induce una descarga hacia el interior y la corriente usa el plasma como medio para circular. En ese momento el plasma es ionizado y deja de ser neutro, por lo que responde a campos magnéticos y eléctricos, quedando confinado.

 

¿Qué sucede con el plasma?

Este se calienta. Más aun, experimentalmente es posible inyectar otras fuentes de calentamiento como microondas o haces de partículas neutras que potencian el aumento de su temperatura.

 

En el experimento, al aumentar la temperatura, la presión y la densidad sobre el plasma, por el mayor tiempo posible, aumenta la probabilidad de que los núcleos atómicos del gas original se fusionen, liberando una gran cantidad de energía.

 

Si el sistema es más denso y mantienes esa condición en el tiempo, es más probable que surjan estas interacciones. La fusión nuclear viene de cada una de estas uniones de núcleos atómicos del gas original, que, al liberar energía, también salen despedidos neutrones y partículas alfa (núcleos de helio). Estas últimas son importantes porque, al ser partículas cargadas, quedan confinadas en el plasma, potenciando su calentamiento, al grado que generando el suficiente número de reacciones de fusión, el sistema comienza a funcionar solo”, explica el experto.

 

Junto al profesor nos preparamos por meses, haciendo ensayos preliminares. Con esos datos fue posible interpretar los resultados y crear nuestra fórmula para mejorar las descargas, maximizando la probabilidad de que exista fusión nuclear al correr el experimento. Ahora, lo que queremos hacer es ver cómo podemos optimizarlo, cambiando los parámetros básicos, como la intensidad del campo magnético de la bobina toroidal que confina el plasma, para aumentar el tiempo de confinamiento” explica la alumna Catalina Vásquez.

 

German Vogel

¿Cuál es el impacto de participar en la experimentación remota con Golem?

Existen en torno a 70 tokamaks en el mundo, pero solo hay un par en Sudamérica, por lo que acceder a trabajar en una de estas instalaciones experimentales es una gran oportunidad para los académicos y sus estudiantes.

 

Durante mi carrera uno encuentras naturalmente comentarios de personas escépticas, que creen que la fusión nuclear no tiene potencial, o que está llegando tarde. Es cierto que estos desarrollos científicos han tomado décadas, pero los fundamentos físicos están ya muy maduros, y somos los científicos los que tenemos que desarrollar la tecnología y el entendimiento de esta energía que proviene de la naturaleza. A mí me mueve formar parte activamente de este desafío, colaborar y contribuir con la esperanza de generar una fuente de energía prácticamente inagotable”, concluye el investigador.

 

Revisa acá el video de la sesión experimental remota en el Tokamak Golem.

 

Instituto de Física UC es anfitriona de escuela y conferencia internacional “Topological and Holographic Quantum Matter”

 

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Entre el 11 y el 17 de enero se realizó en la Campus San Joaquín Topological and Holographic Quantum Matter School and Conference (THQM) En este evento organizado por el proyecto Anillo HolographyCL,  convocó a más de 80 personas, entre estudiantes, postdocs y profesores de toda Latinoamérica.

 

Los participantes de la actividad tuvieron la oportunidad de conocer los últimos avances interactuando directamente con investigadores internacionalmente reconocidos cómo líderes en sus campos, comoEduardo Fradkin (UIUC), Sankar Das Sarma (Maryland) y Nicolás Regnault (Ecole Normale Superieure Paris, CNRS).  Esto permitió a THQM generar una contribución muy valiosa para la comunidad local e internacional.

 

El objetivo de este evento era promover la interacción entre investigadores trabajando en Holografía y Topología en Materia Condensada, así como entrenar en técnicas avanzadas en el campo.  Esto se logró ya que contamos con la participación de muchos estudiantes provenientes de Santiago, de regiones y algunos  países vecinos”, afirma Rodrigo Soto, académico del Instituto de Física y uno de los organizadores del evento.

 

Isidora Muñoz y Karol Raccoursier, estudiantes del Mg. en Física Médica, visitan el Centro Alemán para la Investigación del Cáncer (DKFZ)

Isidora y Karol en frontis DKFZ

 

 

Las estudiantes tuvieron la oportunidad única de viajar a Alemania durante el segundo semestre de 2023, para colaborar con grupos de investigación del Centro Alemán para la Investigación del Cáncer. 

 

La visita se enmarcó en el proyecto Centros de Excelencia en Investigación y Docencia en el Centro Heidelberg América Latina (HCLA), iniciativa financiada por el Servicio Alemán de Intercambio Académico (DAAD).

 

Isidora Muñoz se unió al grupo de investigación del Dr. Niklas Wahl, experto en el área de Optimización de Radioterapia, para implementar su propio software llamado IS2aR. Ella desarrolló esta herramienta computacional en matRad durante sus estudios de pregrado. IS2aR transforma fantomas voxelizados en una tomografía computarizada virtual de cuerpo completo estimando las dosis periféricas en un paciente específico para optimizar la planificación de un tratamiento de radioterapia.

 

Karol Raccoursier se integró al mismo equipo para instalar un modelo de respuesta tumoral (TRM) para futuras investigaciones. 

 

Además, trabajó en el equipo de la Dra. Ina Kurth (Unidad de Servicio de Ensayos Preclínicos de Morszeck) para realizar diversos experimentos biológicos y radiobiológicos. "Esta experiencia fue muy enriquecedora a nivel profesional y personal. Cumplí el objetivo de aprender técnicas nuevas de laboratorio para desarrollar a futuro en nuestras instalaciones de Física Médica del Instituto. Me marcó el ambiente colaborativo: pese a que en este laboratorio trabajaban científicos de otras áreas, siempre me escucharon para ver qué podía proponer yo, desde la Física. Esto tuvo un impacto muy positivo en mi formación. Siento que mejoré mis habilidades comunicativas científicas”, explica Karol.

 

 

 

 

Académicos y académicas del Instituto de Física se adjudican cinco fondos Fondecyt Regulares de investigación 2024

 

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Las investigadoras Hilde Harb Buzzá y Francisca Garay, junto a los investigadores Rafael Benguria, Rodrigo Soto y Samuel Hevia se adjudicaron fondos del Concurso Nacional de Proyecto Fondecyt Regular para el año 2024.

 

Estos proyectos financiados desde la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID) buscan promover la investigación de base científico-tecnológica en las diversas áreas del conocimiento, mediante el financiamiento de proyectos de investigación individual de excelencia orientados a la producción de conocimiento.

 

Los proyectos adjudicados en este Fondecyt 2024 son: 

  • "Sharp inequalities arising from mathematical physics", de Rafael  Benguria
  • “Exploring the potential of light and photoactivation properties for regulating oxygen and reactive species production for biomedical applications” de Hilde Harb Buzzá.
  • "Long-lived particles as means of new physics in particle colliders", de Francisca Garay
  • "Perovskite-based photo-electrocatalyst for efficient hydrogen production using solar energy", de Samuel Hevia. 
  • "Strong correlations and defects in quantum matter systems", de Rodrigo Soto.

 

 

Participa en seminario de Física Médica sobre heterogeneidad intratumoral

Invitamos a la comunidad del Instituto de Física a participar del seminario “Investigación de la heterogeneidad intratumoral y los mecanismos moleculares que determinan la respuesta a la radioterapia mediante técnicas de célula única”, a cargo de nuestra egresada del Magíster en Física Médica, Rosario Astaburuaga-García, quien se encuentra actualmente realizando su doctorado en la Humboldt Universität & Charité Universitätsklinikum en Alemania.

Este se realizará el martes 9 de enero a las 10.00 am en la Sala de Seminario de Física Experimental. 

 

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