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Resistir los pulsos electromagn�ticos

Fri, 06 Nov 2009 02:00:06 PST

{xtypo_dropcap}U{/xtypo_dropcap}na de las mayores debilidades de los ej�rcitos modernos es la dependencia de la electricidad y la electr�nica. De hecho ya se ha demostrado que un golpe a la log�stica de la energ�a puede asestar el golpe definitivo, pero algo que tienen muy en cuenta a la hora de dise�ar dispositivos es la resistencia frente a los pulsos electromagn�ticos.

Un pulso electromagn�tico se produce en una gran explosi�n, se trata de un campo magn�tico producido por el efecto Compton en electrones que var�a rapid�simamente. Este tipo de campos pueden inducir corrientes en los circuitos electr�nicos muy intensas que los destruyen por completo si no est�n apropiadamente aislados. Suceder�a en caso de una explosi�n nuclear o de un impacto de un asteroide y en frecuencias de hasta 30 kHz.

Durante las numerosas pruebas nucleares llevadas a cabo por Estados Unidos, una de ellas realizada a gran altitud, la Starfish Prime era una bomba nuclear de 1.4 megatones detonada a 400 kil�metros de altura. Produjo un pulso electromagn�tico tan intenso que hizo saltar por los aires farolas en Hawaii, adem�s de dejar sin luz a miles de hogares, a m�s de mil kil�metros de distancia. Se observaron adem�s auroras t�picas de las regiones polares.

Como dice una de las leyes de Murphy del combate, si hay algo que tiene m�s punter�a que el fuego enemigo es el fuego amigo. Y en el caso de las explosiones nucleares, aunque el efecto devastador de la bola de fuego sea localizado, el pulso electromagn�tico puede freir cualquier dispositivo electr�nico a centenares de kil�metros de distancia. Desde un avi�n hasta un tel�fono. Todo quedar�a inutilizado inmediatamente. Sobre este tema aberron escribi� un buen art�culo en Fogonazos llamado Las bombas del arcoiris.

En la imagen se muestra una prueba de la resistencia de un sensor a pulsos electromagn�ticos luminosos llevado a cabo por el EMCC.

En la imagen se ve el modelo de Boeing E-4 , un 747-200 modificado para resistir pulsos electromagn�ticos en caso de guerra total.

Plasmas de alto rendimiento para hacer realidad las centrales de fusi�n nuclear

Fri, 06 Nov 2009 01:16:59 PST

{xtypo_dropcap}E{/xtypo_dropcap}n la imagen (M.R. Wade, General Atomics) vemos una recreaci�n art�stica del interior de un reactor del tipo Tokamak. El plasma es confinado mediante la aplicaci�n de un fuerte campo magn�tico que recorre la direcci�n toroidal (alrededor del agujero en el "donut" tal y como muestra la flecha) generado por bobinas externas (no mostradas) y el campo magn�tico de una corriente muy intensa que fluye en la misma direcci�n. El plasma se mantiene en el interior de una estructura met�lica tratada con materiales especiales para mantener libre de impurezas al plasma y evitar que el calor se extinga.

En la b�squeda de la producci�n de energ�a mediante fusi�n nuclear, investigadores del DIII-D National Fusion Facility han confirmado recientemente predicciones te�ricas ya bien asentadas que muestran que rendimiento, eficiencia y confiabilidad pueden darse a la vez en los reactores tokamak, los m�s famosos dispositivos para fusi�n por confinamiento magn�tico, operando en sus l�mites de rendimiento. Los experimentos dise�ados para probar estas predicciones han demostrado con �xito la interacci�n de estas condiciones.

Estos nuevos hallazgos ser�n presentados en el Americal Physical Society - Division of Plasma en la 51 reuni�n anual entre el 2 y el 6 de noviembre en el Atlanta Hyatt Regency Hotel.

La energ�a nuclear de fusi�n ha mantenido al Sol brillando durante miles de millones de a�os. Cuando la fusi�n se consigue en el laboratorio, la eficiencia est� determinada por la temperatura y la densidad alcanzadas por el plasma, un gas ionizado que se forma a partir de is�topos de hidr�geno y que alcanza temperaturas de 10 millones de grados celsius. Debido a las temperaturas extremas, el plasma est� confinado por campos magn�ticos en un "tokamak", una vasija con forma toroidal rodeada de potentes electroimanes.

En la pasada d�cada, los cient�ficos han hecho progresos enormes en el camino hacia conseguir altas presiones para cada vez m�s largos periodos de tiempo. Un elemento clave de los experimentos recientes es la confirmaci�n en la predicci�n te�rica de que se puede confiar en las paredes del tokamak para mejorar la estabilidad del plasma a presiones elevadas.

Una vez que el plasma se vuelve lo bastante caliente y denso, ocurre la fusi�n, produciendo enormes cantidades de iones de helio de altas energ�as (part�culas alfa). Para una eficiencia �ptima, este calor autogenerado debe estar bien contenido en el interior de la "botella magn�tica" del Tokamak. Los modelos predicen que la p�rdida de calor en el tokamak debido a la turbulencia depende mucho de la configuraci�n del campo magn�tico. Los investigadores han encontrado recientemente que esta turbulencia puede minimizarse en la misma configuraci�n necesaria para alcanzar las presiones elevadas. Por lo tanto, el rendimiento y la eficiencia pueden ser sinerg�ticos.

Curiosamente, los remolinos en el plasma pueden afectar adem�s a su calentamiento por la emisi�n de n�cleos de helio de alta energ�a que se forman a partir de la fusi�n de los �tomos de hidr�geno. Estas part�culas energ�ticas no s�lo se comportan de forma distinta frente a las turbulencias sino que adem�s pueden formar grandes remolinos ellas mismas, tal y como sugieren resultados te�ricos recientes.

Mientras que estos remolinos podr�an producir un peque�o transporte de part�culas alfa, los nuevos remolinos mayores pueden incrementar este transporte de manera sustancial. A medida que se enfr�an las part�culas alfa, los fen�menos de transporte se vuelven similares al nivel de fondo.

Para una alta confiabilidad, un tokamak necesita sostener el plasma denso y caliente durante el mayor tiempo posible. Y trabajos recientes han mostrado que el plasma en un tokamak pueden ser inducidos para reproducir el siguiente esquema de relaciones: mayores presiones implica mayor corriente el�ctrica autogenerada que ayuda a controlar el plasma, lo cual a su vez implica que hay menos dependencia con los controles externos que a su vez implica una mayor duraci�n, lo cual conlleva a una mayor confiabilidad.

Tras d�cadas de esfuerzo para mejorar el comportamiento y los productos de los plasmas de fusi�n, los cient�ficos est�n descubriendo que la naturaleza puede ser tambi�n compasiva para permitir a la vez alto rendimiento (mucha electricidad), eficiencia �ptima (rentabilidad) y una gran confiabilidad (el circuito el�ctrico siempre va a funcionar) para el dise�o de plantas de energ�a.

Este art�culo es una traducci�n libre de: High-performance plasmas may make reliable, efficient fusion power a reality en PhysOrg.

El experimento definitivo para la predicci�n del fin de burbujas financieras da comienzo

Thu, 05 Nov 2009 02:08:40 PST

{xtypo_dropcap}L{/xtypo_dropcap}a predicci�n del crash de las burbujas econ�micas que �ltimamente est� en boga tiene un cierto tufillo a morbo que es encantador.

Publican en Technology Review un art�culo referenciando un paper (arxiv.org/abs/0911.0454) acerca de este asunto.

�Es posible predecir el final de una burbuja financiera? Didier Sornette del Instituto Federal de Tecnolog�a Suizo (ETH) en Z�rich cree que s� y ha puesto en marcha el Observatorio para la Crisis Financiera en el ETH para estudiar la idea.

Hemos asistido a sus extraordinarias predicciones con anterioridad . Este a�o identific� la burbuja en �ndice Shangai Composite y para gran sorpresa de todos, la predicci�n se ajust� con una precisi�n excelente.

Pero tal y como mucha gente indica, el problema para este tipo de predicciones es la dificultad al interpretar los resultados. �Es cierta la hip�tesis de Sornette de que los crashes son predecibles? �C�mo podemos saber si no est� haciendo estas predicciones sobre una base endeble y �nicamente publicando las que salen bien? O quiz�s las modifica a medida que se acerca la fecha para que se ajusten mejor (tal y como hacen los meteor�logos). Incluso es posible que estas predicciones afecten al mercado y desencadenen el crash.

Sornette conoce muy bien todas estas cr�ticas y ha dise�ado un test para comprobar dos hip�tesis. La primera es que las burbujas financieras (u otras) pueden ser diagnosticadas en tiempo real antes de su fin. La segunda es que el fin de una burbuja financiera (u otras) pueden ser acotadas usando predicciones probabil�sticas con una confianza mayor que la simple suerte.

El experimento, llamado por �l experimento de burbuja financiera, consiste en que Sornette y su equipo monitoriza el mercado mundial y entonces realiza predicciones acerca del final de las burbujas del modo en que han venido ocurriendo en el pasado reciente. Pero en vez de publicarlas, Sornette pretende cerrarlas en sobres y guardarlas en un lugar manejado por terceros, en este caso, arXiv. arXiv marca cronol�gicamente cada predicci�n de manera que no hay lugar a dudas acerca de cuando se ha hecho la predicci�n y asegura que no ha habido manipulaciones.

Cada seis meses, Sornette dice que abrir� los sobres con las predicciones y las publicar� para que cualquiera pueda ver el �xito que han tenido.

Es un paso valiente hacia delante el que ha elegido, pero necesario para que sus ideas sean tomadas en consideraci�n mayoritariamente.

Para empezar, ha hecho tres predicciones que ha publicado en arXiv. El 1 de Mayo de 2010, las abrir� y publicar� y estaremos esperando. Sin duda es excitante.

Cuesti�n de chispas

Fri, 23 Oct 2009 02:37:09 PDT

{xtypo_dropcap}�{/xtypo_dropcap}Nunca os ha pasado que al hacer la compra en el super, el carro te pega un calambrazo?

Si os fij�is, en los supermercados muchas veces el suelo est� hecho de grandes l�minas de un material pl�stico. Este tipo de material es diel�ctrico. Van acumulando electricidad est�tica y, aunque estas grandes baldosas no tienen exactamente la misma carga el�ctrica, a veces nos pega un calambrazo ya que el carro, que es de metal, conecta ambas placas y la corriente decide pasar por el metal para igualar la carga. Y claro, si estamos nosotros en medio, nos regala un peque�o calambrazo. Esta situaci�n tambi�n es frecuente al abrir la puerta del coche. Y proteger de la est�tica es muy importante, de hecho, es lo primero que se hace cuando un avi�n llega a tierra: descargar la electricidad est�tica.

Un diel�ctrico es un material que no conduce la electricidad. Un ejemplo podemos tenerlo en un material s�lido, una red cristalina en la que los �tomos ocupan sus posiciones y apenas hay electrones libres de moverse. Claro que por el hecho de estar a una temperatura por encima del cero absoluto, existir�n vibraciones y oscilaciones que eventualmente pueden hacer que haya electrones no ligados. Pero �stos son muy pocos y por lo general no hay suficientes como para que la corriente el�ctrica pueda pasar a su trav�s.

A menos que apliquemos un campo el�ctrico lo bastante grande, en ese caso, se producir� la ruptura diel�ctrica y el diel�ctrico dejar� de ser aislante. Esto ocurre porque al aplicar un campo el�ctrico polarizamos el diel�ctrico. La nube electr�nica tender� a desplazarse hacia la parte positiva y existir� una cierta polarizaci�n. Adem�s, pueden empezar a desligarse electrones y a pasar a estar libres de circular por la red cristalina. Y obviamente, si el campo es lo bastante grande, entonces hay ya tantos electrones libres que existe una corriente el�ctrica neta y el diel�ctrico deja de ser aislante.

En la imagen, tenemos una l�mina de metacrilato en la que se ha aplicado un campo el�ctrico tan grande que se ha producido un rayo que por efecto de la temperatura ha dejado la huella permanente en el interior.

Esto sucede en el aire cuando hay tormentas. El campo el�ctrico necesario para producir la ruptura en el aire es de unos 1000 voltios por metro. En una tormenta, cuando se acumula la suficiente carga el�ctrica como para producir la ruptura, salta una chispa. Claro que esta chispa suele ser de varios millones de amperios de intensidad.

Y esta es tambi�n la raz�n de que no podamos utilizar extintores de polvo polivalente para apagar fuegos el�ctricos. El polvo polivalente es muy bueno para apagar fuegos convencionales, pero aparte de que puede da�ar la electr�nica y dejar los equipos inservibles, si tenemos un fuego en una instalaci�n el�ctrica no es descabellado alcanzar la tensi�n de ruptura del polvo polivalente. Por ley, se desaconseja su uso en caso de m�s de 1000 voltios aunque en la pr�ctica pueda aguantar m�s.

Pero claro, si no queremos da�ar los equipos no lo usaremos aunque la tensi�n sea menor. Pero imaginad que por ignorancia, aplic�semos uno de estos extintores y el propio polvo sirviera para empeorarlo adem�s de constituir un peligro para la integridad de las personas que participen en la extinci�n. Nunca apagar�a un fuego en el microondas o en una televisi�n con polvo polivalente. Por eso para fuegos el�ctricos se usan extintores de di�xido de carbono.

Referencias: Efecto triboel�ctrico .

El LHC ya est� m�s fr�o que el espacio profundo

Tue, 20 Oct 2009 08:42:39 PDT

{xtypo_dropcap}L{/xtypo_dropcap}os ocho sectores que componen el LHC se encuentran a 1.9 K de temperatura (-271�C). Han sido enfriados utilizando l�neas criog�nicas que contienen helio l�quido. Esta temperatura operativa es menor que la del espacio profundo, estimada en 2.7K.

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Los imanes que dirigen los haces de part�culas en el interior del LHC necesitan estar as� de fr�os debido a que a esas temperaturas se convierten en superconductores, conduciendo la corriente el�ctrica sin p�rdidas y a resistencia cero.

En los experimentos del LHC, dos haces de protones ser�n disparados en direcciones opuestas a trav�s del anillo entre los imanes. Alcanzar�n velocidades cercanas a la velocidad de la luz e impactar�n uno contra el otro en cuatro puntos diferentes. Miles de part�culas ser�n producidas en estas colisiones, que ser�n estudiadas por los cient�ficos. Los resultados esperados arrojar�n nuevas luces sobre los inicios del universo.

Un problema con uno de los imanes en septiembre de 2008 produjo que el LHC tuviera que ser apagado tras la derrama de cerca de una tonelada de helio l�quido en el interior del t�nel. La cavidad tuvo que ser calentada para permitir las reparaciones que han costado cerca de 40 millones.

Ahora el anillo del LHC ha sido enfriado de nuevo y se pueden empezar a hacer pruebas con los imanes. En el proceso los imanes van siendo gradualmente alimentados con mayor corriente hasta alcanzar la corriente operativa de 6 kA. Esta corriente es necesaria para guiar los haces de part�culas, a una energ�a nominal de 3.5 TeV.

El CERN adem�s llevar� a cabo pruebas de componentes para proteger los imanes del quenching (p�rdida de superconductividad por aumento brusco en la temperatura) antes de que comiencen los experimentos. El nuevo sistema deber�a ser capaz de prevenir incidentes como el que produjo el retraso el a�o pasado.

Antes de noviembre planean inyectar un haz de baja intensidad para hacer pruebas y a finales de noviembre esperan comenzar con las colisiones de baja intensidad. Si estas pruebas van como se espera, la energ�a ser� paulatinamente incrementada y los experimentos a altas energ�as comenzar�n en diciembre o enero.

James Gillies, director de comuniaciones con el CERN dijo que las colisiones de altas energ�as son extremadamente delicadas. Dice que las distancias relativas son como disparar alfileres en direcciones opuestas desde orillas contrarias en el Atl�ntico y conseguir que choquen entre s�.

El LHC es el mayor acelerador jam�s constru�do. Sus imanes fueron alineados en un t�nel circular de 27 kil�metros de per�metro, enterrados a una profundidad de entre 50 y 175 metros bajo el suelo entre las fronteras de Suiza y Francia. Se encuentra en el CERN en Ginebra y se esperan recrear condiciones similares a cuando el universo era muy joven.

Traducci�n libre de: physorg.com/news175243758.html. LHC now colder than deep space.