Los físicos son geniales, pero ¿¡tan geniales!? Eso pensó este reportero cuando la cuenta de Instagram del joven físico nuclear contaba con casi 27.000 seguidores en Instagram. ¿La explicación? El físico nuclear se hizo famoso en 2009 cuando ganó el Festival de Eurovisión Junior con la canción Click-clack.
Cuando era niño, Ralf Mackenbach miraba mientras sus padres pensaban que dormía. Cosmos, una serie documental de televisión sobre el universo con el astrónomo estadounidense Carl Sagan. Luego, entre actuaciones musicales, se encendió su fuego por la física.
A finales de noviembre, Mackenbach (28) defendió su tesis sobre la fusión nuclear en la TU Eindhoven. Cum laude. En una pequeña sala blanca e iluminada con fluorescentes de la universidad, habla de sus investigaciones de los últimos cuatro años mientras hojea su espesa tesis. Lo que le gusta a Mackenbach de la fusión nuclear es que es una “física intransigente”. La fusión nuclear se trata de plasmas: “líquidos” que fluyen y responden a campos electromagnéticos. Y también le gusta que su investigación tenga un claro fin social, una fuente de energía sostenible para el futuro.
El sol brilla gracias a la fusión nuclear. A la presión y temperatura extremas en el interior de esta estrella, los núcleos de átomos más ligeros se fusionan, creando átomos nuevos y más pesados: por ejemplo, cuatro átomos de hidrógeno crean helio. Esto libera una enorme cantidad de energía. En la Tierra, los físicos intentan imitar esta fuente de energía en reactores. Es prometedor que una reacción de fusión nuclear no produzca gases de efecto invernadero. La fusión nuclear también produce menos residuos radiactivos que la fisión nuclear, que obtiene su energía de la división de núcleos atómicos más pesados en elementos más ligeros.
El enviado climático de Estados Unidos, John Kerry, calificó la fusión nuclear como una “revolución para el mundo” en la cumbre sobre el clima en Dubai. ¿Está bien?
“Tenemos que abordar el problema climático en 2050 cero neto CO2emisiones. No creo que la fusión nuclear signifique mucho en tan poco tiempo. Actualmente no existe ningún reactor en ningún lugar que genere más energía de la que hay que poner en él. También necesitamos construir una infraestructura para la fusión nuclear. Pero a largo plazo, la fusión nuclear es muy interesante. La población mundial está creciendo y en cada vez más países la gente demanda cada vez más energía. La fusión nuclear puede desempeñar un papel en esta creciente demanda de energía”.
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¿Cómo funciona la fusión de núcleos atómicos en la Tierra?
“Hacemos eso en un reactor de fusión: una especie de gran donut metálico con cables alrededor. Podrías ponerte en cuclillas en el donut que visité en Alemania; tiene aproximadamente medio metro de altura. Calentamos el centro del donut a 150 millones de grados centígrados. Esto se puede hacer con microondas que un microondas también utiliza para calentar alimentos. Ponemos los elementos ligeros deuterio y tritio en el donut y, al calentarlo, se forma un plasma caliente e incandescente. La temperatura es lo suficientemente alta como para que los átomos choquen con fuerza y finalmente se fusionen”.
Mackenbach está investigando cómo se escapa el calor del donut a las paredes exteriores. Ése es uno de los principales y complejos problemas que deben resolverse para hacer de la fusión nuclear una fuente de energía eficiente.
“No querrás que el calor viaje rápidamente a las paredes del donut; entonces se derretirían. Intentamos mantener el plasma en el interior con campos magnéticos, a los que el plasma se adhiere como un collar de cuentas. Por cierto, esas líneas magnéticas explican la forma de dona. Si la línea magnética fuera recta, chocaría con una pared en algún lugar, y ahí es donde se pierde el plasma caliente. Generamos los campos magnéticos con bobinas que están en el exterior del donut. La temperatura de las bobinas está ligeramente por encima del cero absoluto. [-273°C]. Esto le da una gran diferencia de temperatura en la dona. Y una diferencia de temperatura quiere igualarse. Como cuando pones leche fría en té caliente. Luego verás que se forman vórtices con los que se mezclan la leche fría y el té caliente. Esto también ocurre con el plasma del reactor. Y quieres deshacerte de eso. Estos vórtices hacen que el calor se escape, lo que dificulta mantener las reacciones de fusión”.
¿Cómo investigaste esos remolinos?
“Los remolinos son caóticos. Se necesita mucha potencia informática para calcular exactamente qué vórtices surgirán en un plasma en particular. Nuestra idea es: ni siquiera vamos a intentar calcular eso. Para mi investigación me pregunté: ¿se puede calcular la cantidad máxima de energía que pueden contener todos esos vórtices en un plasma determinado? Y la respuesta es sí, y establecí la fórmula. Fue reconfortante que, si según la fórmula había mucha energía en los vórtices y, por lo tanto, podía escaparse mucho calor, según las simulaciones por computadora, en realidad se filtró mucho calor hacia esa configuración de plasma”.
¿Cómo ayuda ese conocimiento a la fusión nuclear en la Tierra?
“Se puede utilizar la fórmula para hacer un cálculo conjetural que permita predecir, por ejemplo, en qué forma de rosquilla de plasma se pierde menos energía térmica a través de los vórtices. No se trata de la carcasa del reactor de fusión, sino de la forma del camino que sigue el plasma a lo largo de las líneas magnéticas. Controlas esa forma con las bobinas”.
Mackenbach lleva alrededor del cuello una cadena de plata con un dije que parece un donut retorcido del tamaño de una moneda de euro. Es la forma del plasma en un reactor de fusión en Alemania.
¿Y? ¿Qué forma es la más eficiente?
“Aún no lo sabemos exactamente. Depende de varios factores: ¿qué tan grande exactamente quieres que sea el reactor y cómo exactamente calientas el plasma? Sin embargo, las formas óptimas que hemos encontrado hasta ahora se parecen a los reactores reales: un donut retorcido como el de Alemania parece funcionar bien”.
¿Dónde está tu futuro?
“Nunca planeo con mucha anticipación. Pero estoy seguro de que lo que más disfruto es investigar. En el nuevo año iré a Suiza para realizar mi posdoctorado para continuar con las formas de donuts”.
Diste una presentación para la Universidad de los Países Bajos sobre la fusión nuclear. ¿Te gustaría hablar de ciencia en el escenario como Carl Sagan?
“¡Sí! Es muy divertido encontrar un equilibrio entre decir la verdad y explicar algo de forma comprensible a una amplia audiencia. También sé, gracias a mi experiencia en la música, cómo mantener la atención. No deseas enviar demasiada información por minuto; también quieres hacerlo divertido. Durante la actuación no siempre se habla durante veinte minutos entre dos canciones”.
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