Autor: Comunicaciones CCHEN

La agricultura consume el 70% del agua dulce total del mundo, a través del riego para la producción de alimentos. Sin embargo, menos de la mitad de esa agua se usa de manera eficiente, ya que el resto se desperdicia por evaporación, drenaje profundo y corrientes. Esta agua, ya sea de lluvia o riego, transporta nutrientes, pesticidas y productos químicos a los recursos de agua subterránea y superficial, y si no existe un buen manejo agrícola, puede impactar negativamente sobre su calidad.

Las técnicas isotópicas y nucleares contribuyen a optimizar la gestión del suelo y del riego al mejorar las prácticas y la eficiencia del uso del agua. Estas técnicas son clave para la gestión del agua agrícola, ya que los isótopos (oxígeno-18 y deuterio) ayudan a determinar el origen y movimiento del agua en plantas y suelos.

Por ejemplo, los científicos pueden medir con isótopos cuánta agua utiliza y “transpira” una planta o cuánta se evapora del suelo. Con esta información se pueden desarrollar estrategias para mejorar la producción de cultivos, reducir pérdidas de agua y prevenir la degradación de la tierra, del agua y del ecosistema.

Para Chile, al igual que para el resto del mundo, esto es un tema de preocupación. Por eso, en el marco del Acuerdo Regional de Cooperación para la Promoción de la Ciencia y Tecnología Nucleares en América Latina y el Caribe (ARCAL), el área de Agricultura de la Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN), junto a la Facultad de Agronomía de la Universidad de Chile, participa en el proyecto regional denominado “Mejora en la eficiencia en el uso del agua asociada a estrategias de adaptación y mitigación al cambio climático en la agricultura” (RLA5077).

Parte de las tareas de los 15 países participantes de esta iniciativa se relaciona con el tratamiento de muestras vegetales y de suelo, para analizar el uso eficiente de fertilizantes, mediante la técnica de dilución isotópica del nitrógeno-15. En esta etapa del proyecto se está evaluando el uso eficiente de agua, tema clave en la producción de cultivos, donde los isótopos O-18 y H-2 permiten determinar la evapotranspiración del sistema suelo-planta.

Asimismo, se analiza el avance del crecimiento de cultivos, mediante AquaCrop, un modelo desarrollado por la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO), para evaluar la eficiencia del sistema en relación al agua, a través de su productividad o del rendimiento que se produce por unidad de agua evapotranspirada.

¿Qué son los isótopos estables y cómo pueden rastrear el agua?

Los isótopos son formas de átomos que tienen las mismas propiedades químicas, pero diferente peso molecular. Los isótopos estables no son radiactivos, por lo que no emiten radiación, pero dadas sus propiedades únicas, son utilizados en diversas aplicaciones, incluida la hidrología y gestión del agua agrícola. Los isótopos estables de hidrógeno y oxígeno han ayudado a registrar la temperatura y el clima de la Tierra durante miles de años, mediante el uso de núcleos de hielo.

Así, las cantidades de isótopos estables naturales de agua y otras sustancias se utilizan para rastrear el origen, historia, fuentes, sumideros e interacciones en la dinámica del agua.

En 2015, la Asamblea General de las Naciones Unidas estableció el 11 de Febrero como el Día Internacional de la Mujer y la Niña en la Ciencia, a partir de lo cual la UNESCO y ONU Mujeres se propusieron detectar y derribar barreras para promover una nueva generación de científicas con integración plena y equitativa.

En apoyo a ese objetivo surge el nuevo programa Inspirando Pasos STEM de la Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN), en el marco de su Agenda de Género 2018-2022. Para recordar, STEM (por sus siglas en inglés) es el acrónimo de Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas.

Esta iniciativa, que nació en octubre de 2020, complementa la participación de la CCHEN en el Proyecto SAGA (STEM and Gender Advancement), impulsado por la UNESCO, para fomentar una mayor participación de mujeres y niñas en dichas áreas.

Predicando con el ejemplo

Para dar vida al Programa “Inspirando Pasos STEM”, la CCHEN convocó a niñas y jóvenes vinculadas a funcionarias y funcionarios de la Institución. Estas Agentes STEM hoy son parte de un proyecto que busca estimular su interés, a partir de actividades en las que conocerán referentes femeninos y discutirán de las brechas existentes y sus desafíos. El objetivo es que ellas mismas se transformen en promotoras de ciencia y tecnología entre sus pares.

Las primeras actividades del Programa fueron charlas con mujeres que hoy se desempeñan en estas áreas, quienes tuvieron la misión de transmitir sus experiencias, para orientarlas en su futuro profesional, y mostrar con hechos la forma de ir derribando barreras y estereotipos.

La primera expositora fue Antonia Zambra Álvarez, geógrafa de la Pontificia Universidad Católica de Chile, que se desempeña en el Observatorio de Desigualdades de la Universidad Diego Portales. Mediante su charla, titulada “Mujeres en la ciencia: personas ordinarias que pueden hacer cosas extraordinarias”, entregó datos históricos de la contribución de mujeres en áreas en las que se estereotipa al hombre y se refirió a los desafíos del campo en el que se desempeña.

En sus palabras de cierre, Antonia enfatizó sobre la importancia de cultivar la curiosidad: “hagámonos preguntas constantemente, y lo más importante es no olvidar que tenemos la maravillosa capacidad de encontrar las respuestas”.

La segunda expositora fue Nuri Gras Rebolledo, Secretaria Ejecutiva de la Agencia Chilena para la Inocuidad y Calidad Alimentaria (ACHIPIA), y exfuncionaria de la CCHEN, institución donde formó y dirigió la Sección de Metrología Química y destacó por liderar proyectos de cooperación técnica con el Organismo Internacional de Energía Atómica, a partir de diversas aplicaciones de técnicas analíticas nucleares. 

En la oportunidad, Nuri no solo se refirió a su trayectoria profesional, sino que también contó cómo su vocación -ligada al sector alimentario- comenzó a gestarse desde su infancia. De ahí su sensibilidad por transmitir su testimonio a nuevas generaciones: “Me encanta motivar y trabajar con jóvenes, porque son quienes van a liderar nuestro futuro y por tanto, nuestras experiencias son una buena base de aprendizaje para ellas”, comentó Nuri Gras.

“Tanto Nuri como Antonia, con sus vocaciones, conocimientos y experiencias, son parte de un motor esencial que puede motivar los sueños de más niñas que buscan forjar su carrera en áreas STEM. Desde la CCHEN nos hemos propuesto ser portavoz de estos testimonios que pueden ayudarnos a predicar con el ejemplo”, señaló Marcela Ojeda Jaramillo, encargada de la Agenda de Género CCHEN. 

En esa línea, el Director Ejecutivo de la Comisión, Jaime Salas Kurte, comentó que “una forma en la que hoy podemos comenzar a cimentar un futuro – espero cercano – en el que nos enorgullezcamos de evidenciar una mayor equidad de género, es a través de iniciativas que visibilicen figuras femeninas destacadas que logren capturar el interés de más mujeres referentes a las áreas STEM”.

Nuestras Agentes STEM: Avril, Martina, Javiera, Eleonor (con apoyo de Cata), Francisca (y Javiera).

Tres proyectos FONDECYT Regular 2021, de la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID), fueron adjudicados a investigadores del Laboratorio de Plasmas y Fusión Nuclear de la Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN), los que recibirán un total de 600 millones de pesos para financiar sus actividades de investigación por los próximos cuatro años.

El proyecto “Miniaturized plasma thruster for Cubesat nanosatellites”, en español, esencialmente, propulsores de plasma para nanosatélites, es parte de la exploración espacial de Chile para obtener información sobre las propiedades de nuestro territorio, así como la posibilidad de apoyar la investigación en astrofísica. El responsable principal del proyecto es el Dr. Leopoldo Soto, apoyado por los coinvestigadores, Dr. Cristian Pavez, del Departamento de Ciencias Nucleares de la CCHEN; y Dr. Marcos Díaz, del Laboratorio de Exploración Espacial y Planetaria de la Universidad de Chile.

“Esta investigación se sustenta en la experiencia del Laboratorio de Plasmas y Fusión Nuclear de la CCHEN, en construir dispositivos de plasmas pulsados muy pequeños (ver aquí), y en la experiencia del Laboratorio de Exploración Espacial y Planetaria de la Universidad de Chile en el desarrollo de nanosatélites”, comentó Leopoldo Soto.

El Laboratorio de la U. de Chile puso en órbita, en 2017, el primer nanosatélite tipo CubeSat diseñado y construido en Chile, el SUCHAI-1. Los CubeSats han revolucionado la industria, al permitir recolectar datos de todo tipo desde la órbita terrestre. Son nanosatélites artificiales, diseñados con un tamaño establecido. En las siguientes misiones, es necesario que el SUCHAI se reoriente en su órbita para tomar imágenes de la Tierra o de otros puntos del universo. Este es el foco del proyecto Fondecyt, que busca diseñar y construir un propulsor de plasmas para la orientación de satélites pequeños.

El proyecto “Fundamental research in low energy plasma focus discharges in a highly efficient neutron production regime”, cuyo investigador principal es el Dr. Cristian Pavez, propone un barrido experimental sistemático de las variables que podrían influir en el desempeño de la descarga eléctrica que crea un plasma y, particularmente, en la producción de los neutrones que resultan de los fenómenos de fusión nuclear que ocurren en ese estado de la materia, en presencia de un gas de deuterio. “Para esta evaluación, emplearemos diferentes técnicas de diagnóstico, que se implementarán en forma simultánea”, indicó.

Hoy los campos pulsados de neutrones de fusión y rayos X de alta energía son de gran interés en investigación fundamental, pero, especialmente, en aplicaciones críticas como la búsqueda de nuevas terapias para tratar el cáncer. También, la dosimetría de campo pulsado es un área abierta de desarrollo, para avanzar con tecnologías innovadoras para combatir el cáncer y proteger a los pacientes, con menores dosis de radiación, mucho más focalizadas.

“Las investigaciones de este proyecto son clave, por cuanto se estudian procesos muy eficientes en la producción de pulsos de neutrones, los que podrían ser utilizados en terapias médicas complementarias”, puntualizó Cristian Pavez.

Contará con el apoyo de los coinvestigadores Dr. Gonzalo Avaria y Dr. Leopoldo Soto, ambos del Departamento de Ciencias Nucleares de la CCHEN, y del Dr. Julio Valenzuela, del Instituto de Física de la Universidad Católica de Chile. También colaborará el Dr. Francisco Molina, del mismo Departamento de la CCHEN, el Dr. Ariel Tarifeño-Saldivia, de la Universidad Politécnica de Cataluña (España), y el Dr. Daniel Klir de la Universidad Técnica Checa de Praga (República Checa).

Un tercer proyecto adjudicado fue el presentado por el Dr. Gonzalo Avaria, bajo el título “Zeeman effect spectroscopy measurements for magnetic field characterization of a sub-kJ plasma focus discharge”. Se inserta en el área de la espectroscopía, una muy importante rama, de amplia aplicación para conocer qué ocurre en la intimidad del átomo, que es invisible a nuestros ojos. Zeeman es el apellido de un fisico holandés, uno de los primeros Premios Nobel de la historia, que notó cambios en la composición de la luz emitida por los átomos de un gas, cuando el gas se encontraba bajo un campo magnético.

Así, cuán grande o pequeño es el efecto da una medida precisa del campo magnético presente, el que, en el caso de los plasmas, es producido por la intensa corriente de la descarga.

“Queremos entender cuánta corriente está realmente pasando por el plasma en esa etapa, para mejorar las simulaciones y el entendimiento que hay de estos fenómenos en descargas de plasma como las que tenemos en nuestro laboratorio”, explicó Gonzalo Avaria.

El investigador añadió que “el estudio de las descargas pulsadas de plasma ha tomado gran relevancia internacional en estos últimos años, siendo útil, por ejemplo, para detectar sustancias ilícitas, al tratarse de fuentes muy intensas de pulsos de neutrones y radiación. Comprender los fenómenos elementales que ocurren en la descarga es una oportunidad para mejorar el diseño de estos dispositivos, haciéndolos más eficientes y aumentando la emisión de radiaciones que se requiera, de acuerdo a su aplicación”, agregó.

Como coinvestigadores participarán el Dr. Cristian Pavez, del Departamento de Ciencias Nucleares de la CCHEN, el Dr. Julio Valenzuela, del Instituto de Física de la Universidad Católica de Chile, y el Dr. Marcelo Ruiz, del Departamento de Física de la Universidad Técnica Federico Santa María.

Para Luis Huerta, jefe de la División de Investigación y Aplicaciones Nucleares de la CCHEN, “la ciencia es la base de las soluciones, especialmente de un mundo tan complejo e interconectado, donde mover una pieza en un lugar tiene efectos que pueden ser muy devastadores en otro lugar. Por eso, hay que conocer cómo funciona la naturaleza y, también, los objetos que construimos. Y todo eso es posible gracias a un trabajo en equipo, donde investigadores y coinvestigadores aportan”.

Huerta agrega que “este es un logro que celebro, porque viene de investigadores que mantienen su espíritu, su vocación y sus ganas de descubrir nuevas cosas. Lo que ellos aportan a las capacidades de investigación de la CCHEN no está demasiado lejos de lo que, institucionalmente, podemos aportar a la I+D en recursos frescos”.

Proyectos adjudicados:

(1)”Propulsor de plasma miniaturizado para nanosatélites CubeSat”.
(2)“Investigación fundamental en descargas plasma focus de baja energía en un régimen de producción de neutrones altamente eficiente”.
(3)”Mediciones espectroscópicas del efecto Zeeman para la caracterización del campo magnético en una descarga Plasma Focus de baja energía”.

En el marco de convenios de colaboración, las instituciones del sector público y privado apuestan por un trabajo coordinado, que permita fortalecer la prevención y rápida respuesta ante posibles siniestros que pudieran afectar la zona.

En la Brigada de Incendios Forestales Roble-3, frente al Centro de Estudios Nucleares Lo Aguirre, se realizó la firma de convenios de colaboración entre la Corporación Nacional Forestal (CONAF) Región Metropolitana, la Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN) e Inmobiliaria Lo Aguirre, con el objetivo de buscar la minimización de riesgos, en caso de incendios forestales que puedan afectar al sector.

De esta forma, los documentos fueron firmados por el director de CONAF RM, Sr. Álex Madariaga Jara, el director ejecutivo de la CCHEN, Dr. Jaime Salas Kurte y el director de la Inmobiliaria Lo Aguirre, Sr. Pedro Hurtado Vicuña; quienes se comprometieron a desarrollar todo cuanto esté a su alcance, en el marco de estos convenios, para la protección de las personas, los bienes y el medioambiente.

En lo concreto, mediante este convenio de carácter indefinido, la CCHEN se compromete a apoyar con monitoreo permanente, ya sea a través de cámaras o de inspecciones en terreno, la zona natural contigua a los Centros de Estudios Nucleares La Reina y Lo Aguirre, para contribuir a la detección temprana de cualquier foco de incendio forestal, y CONAF RM, por su parte, a realizar trabajos de prevención y combate de incendios forestales en los sectores que puedan afectar a las instalaciones de la Comisión.

Por otra parte, Inmobiliaria Lo Aguirre aporta con el terreno e infraestructura a la brigada, a través de un convenio, para que sea posible que la misma esté ubicada en Lo Aguirre, siempre dispuesta a asistir y combatir posibles incendios forestales en la zona.

Álex Madariaga, director de CONAF Región Metropolitana, aseguró que “como CONAF estamos muy felices y complacidos de poder concretar el hecho de tener una brigada en Lo Aguirre que pueda proteger el entorno, el patrimonio natural, a las familias e infraestructuras críticas, como es el caso de CCHEN, con quien firmamos un convenio de círculo virtuoso junto a Inmobiliaria Lo Aguirre, ya que se unen los esfuerzos y alianzas del Estado y del sector privado para ofrecer beneficios que cuiden y salvaguarden a la comunidad”.

En esa línea, el director ejecutivo de CCHEN, Jaime Salas, enfatizó que “realizamos y continuaremos desarrollando todas las acciones para fortalecer las capacidades de preparación y respuesta a emergencias, que hemos construido en la Comisión, y en este camino, agradecemos todo el apoyo que podamos obtener de aliados, como en este caso lo es la CONAF”.

A su vez, Pedro Hurtado, director ejecutivo de Inmobiliaria Lo Aguirre comentó que “estamos muy contentos de poder firmar este convenio junto a CONAF Región Metropolitana, ya que tendremos a la brigada Roble 3 acá en el territorio y estoy seguro que van a cuidar el patrimonio forestal; así que agradecemos a CONAF y ojalá que esta temporada de incendios forestales no sea tan exigida para que los recursos naturales no se vean tan afectados”.

La CONAF, a través de su Departamento Protección y Control de Incendios Forestales, es responsable de prevenir y combatir incendios forestales, los que cada vez son más agresivos y afectan grandes superficies del patrimonio particular y estatal.

Por eso, la detección oportuna de los focos de incendios forestales permite movilizar en forma eficaz los recursos para trabajar en su control en forma rápida y eficiente, y así evitar, además, que se transformen en grandes superficies afectadas, que requieren, para su control, de complejas estructuras organizativas.