Atención, pregunta: ¿El imán de ITER puede levantar un portaaviones dos metros en el aire?

Por Francisco R. Villatoro, el 25 julio, 2021. Categoría(s): Ciencia • Física • Physics • Science ✎ 9

Seguro que has leído alguna vez que «el imán más poderoso del mundo está en el ITER y es tan potente que puede levantar un portaaviones dos metros en el aire». ¿Crees que es posible? ¿Te atreves a repetir el cálculo? El imán citado es el solenoide central de ITER, con forma de cilindro de 18 metros de alto y 4.25 metros de diámetro, y 1000 toneladas de peso; está formado por seis bobinas individuales y contendrá 35.6 kilómetros de hilos superconductores de una aleación de estaño y niobio (Nb₃Sn). El campo magnético máximo en su centro será de 13.1 T (teslas), siendo el más potente de todo ITER. Su objetivo es inyectar una corriente eléctrica de 15 MA (megaamperios) en el plasma durante entre 300 y 500 segundos. Para ello almacenará una energía magnética de 6.4 GJ (gigajulios); los ingenieros de ITER afirman que esta energía sería suficiente para levantar un portaaviones unos dos metros. ¿Crees que es posible?

Repetir el cálculo energético parece sencillo. La energía necesaria para levantar un objeto de masa m a una altura h es igual a U = m g h, donde g es la aceleración de la gravedad; un portaaviones típico (Clase Nimitz) tiene una masa de ~ 100 000 toneladas​, luego se requiere una energía de ~ 2 GJ para levantarlo dos metros. ¿Se han equivocado los ingenieros al realizar su cálculo? Vayamos a la fuente. Hasta donde me consta, lo que dijo Neil Mitchell, jefe de la División de Imanes de ITER, es que las mitades superior e inferior del solenoide central se atraen la una a la otra con una fuerza equivalente a 50 000 toneladas («What happens to the car keys?» Naive question of the week, ITER Newsline, 12 Feb 2018). En sus propias palabras, «si se partiera por la mitad el solenide central de 18 metros de altura y si un portaaviones de 100 000 toneladas se situara sobre la parte inferior, el portaaviones se elevaría hasta cerrar el circuito» («if there was a gap in the middle of the 18-metre-high component, and if a 100,000-tonne aircraft-carrier was attached to the bottom, the carrier would indeed be lifted until the gap closed«).

Fuente: https://www.uv.es/martined/tecweb/Dipolos_magneticos.pdf

Seguro que te habrás dado cuenta de que es imposible que un portaaviones con una eslora de 333 m, una manga de 41 m y un puntal (mínimo) de 12 m quepa en un hueco de dos metros entre dos solenoides de 4.25 m de diámetro. ¿Qué pasaría si se colocaran ambas mitades del solenoide central encima y debajo del portaaviones? No sé si sabrás que la fuerza magnética entre dos solenoides decae con la cuarta potencia de la distancia que los separas (aproximo los dos solenoides por dipolos magnéticos). Así resulta que la fuerza magnética sería insuficiente para levantar el portaaviones; la fuerza entre los dos solenoides separados una distancia de 12 metros (puntal) sería 6⁴ = 1296 veces más pequeña que si están separados dos metros (y en rigor sería necesaria una distancia de 14 metros que haría la fuerza 7⁴ = 2401 veces más pequeña). De hecho, el artículo de ITER Newsline se pregunta ¿qué pasará con las llaves de los técnicos en la sala de control? Como está situada a unos 30 metros de distancia del solenoide central y la fuerza magnética decae con la distancia al cuadrado, las llaves de los técnicos estarán a salvo en sus bolsillos.

Por cierto, ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) es un reactor experimental de fusión en Cadarache, Francia; su construcción debería finalizar en diciembre de 2025 (momento en que se inyectará el primer plasma); estudiará la física de plasmas hasta 2035, cuando se inyectará deuterio y tritio para lograr la ignición de la fusión. El récord actual de fusión lo ostenta el tokamak JET, que logró en 1997 la producción de 16 MW a partir de una entrada de 24 MW (Q = 0.67). El objetivo de ITER es generar 500 MW a partir de 50 MW (Q = 10) usando 0.5 gramos de combustible. ITER no es capaz de generar energía eléctrica, siendo un primer paso para el futuro DEMO, que podrá hacerlo; finalmente, PROTO será un prototipo de reactor nuclear de fusión que los 35 países miembros de la colaboración ITER podrán replicar. El camino de ITER+DEMO+PROTO llevará a una solución al gran problema del siglo XXI, el problema de la energía; en mi opinión, en la segunda mitad del siglo XXI la energía de fusión dominará la producción de energía eléctrica en el mundo.



9 Comentarios

  1. El calado es lo que queda bajo el agua del buque (obra viva). La medida entre la parte de «arriba y la de abajo» es el puntal (sin contar la super estructura).
    El puntal del portaviones son unos 41 m

  2. muy buen articulo como siempre.ya es una «constante»saludos desde Uruguay ,soy adicto a tu participacion en COFFE BREAK,al principio me resultaba casi imposible entenderte pero gracias al buen nivel que tienes aprendi muchisimo y ya comprendo muchisimo mas al punto de extrañar cuando no estas en el programa.gran abrazo

  3. Un pequeño detalle nimio o mejor dicho una puntualización de escasísima importancia: Un portaaviones clase Nimitz no es un portaviones típico. De hecho son de los más grandes del mundo. Los portaaviones típicos son como la mitad.

      1. Entonces cuanto es lo máximo que puede desplazar semejante ingenio ? Si consideramos las distancias apropiadas, Imaginando un bloque de acero compacto.

  4. Enhorabuena por el articulo!. Quién crees que controlará la producción de energía de fusión cuando se estandarice su producción, si toda la I+D la están haciendo los estados???

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