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”.