La física de la peonza celta o “rattleback”

Cómo funciona el “rattleback” que se muestra en este vídeo de youtube. ¿Se puede explicar sin utilizar las ecuaciones de Euler para una peonza? Espero que mi entrada en Amazings.es deje satisfechos a todos los que tras ver el vídeo de youtube que abre esta entrada sientan cierta inquietud, cierta desazón, ¿viola la peonza celta la ley de conservación del momento angular? ¿Cuál es el secreto de la peonza celta? ¿Puedo fabricarme una peonza celta casera? Continuar leyendo en Amazings.es.

En qué se parece un dinosario (braquiosario) a una aspiradora

(C) GONZALO AZUMENDI - 14/03/2009.

Por qué los saurópodos tienen un cuello tan largo (los saurópodos son dinosaurios herbívoros gigantes como el braquiosaurio y el apatosaurio, antes llamado brontosaurio). La razón es la misma por la que las aspiradoras tienen un tubo tan largo: poder acceder a alimentos distribuidos por diferentes lugares en el suelo sin necesidad de mover el cuerpo. Como en las aspiradoras, el cuello largo ahorra energía. Para un dinosaurio gigante que come plantas en el suelo un cuello de 9 metros supone un ahorro de hasta un 80% respecto a un cuello de 6 metros. Una curiosa conexión entre dinosaurios de hasta 80 toneladas de peso y hasta 30 metros de longitud con un electrodoméstico muy habitual en todos los hogares que han descubierto Graeme Ruxton (Universidad de Glasgow) y David Wilkinson (Universidad de John Moores en Liverpool) gracias a un modelo matemático simplificado de un braquiosaurio. Nos lo cuentan en Michael Balter, “How a Dinosaur Is Like a Vacuum Cleaner,” Science NOW, 22 March 2011, haciéndose eco del artículo técnico de Graeme D. Ruxton, David M. Wilkinson, “The energetics of low browsing in sauropods,” Biology Letters, published online before print March 23, 2011.

Los problemas de financiación de la fusión nuclear por confinamiento magnético e inercial

La fusión nuclear es una de las rutas más prometedoras hacia una fuente abundante de energía limpia. Hay muchos proyectos de investigación en curso en el mundo pero los dos más importantes son ITER (en construcción cerca de Cadarache, Francia) que utiliza confinamiento magnético y NIF (cuya construcción finalizó en 2009) que utiliza confinamiento inercial. La crisis económica está afectando gravemente a ambos proyectos. ITER está considerado el proyecto científico más caro de la historia y se estima que acabará costando unos 15 000 millones de euros, como mínimo; este año Europa ha tenido problemas para pagar su contribución al ITER. NIF es mucho más barato (ha costado unos 3 500 millones de dólares). Nos lo cuenta David Kramer, “DOE looks again at inertial fusion as a potential clean-energy source,” Physics Today, March 2011. Por cierto, también en este blog: “Publicado en Nature: La unión europea desviará mil millones de euros del FP7 hacia el reactor de fusión ITER,” 7 julio 2010; “Publicado en Science: La Unión Europea no puede pagar su parte en la construcción del reactor de fusión ITER, que sufrirá un nuevo retraso,” 18 marzo 2010; “Publicado en Nature: ITER, una obra faraónica con dificultades de financiación,” 2 junio 2010;

La financiación de la ciencia depende de los políticos de turno mucho más que de los propios científicos. El DOE (Departament of Energy) de los EE.UU. financia gran parte de la investigación en nuevas fuentes de energía y ha vuelto de nuevo su mirada hacia la fusión inercial. El gran proyecto de EE.UU. en esta tecnología es el NIF (National Ignition Facility), la gran competencia de la colaboración internacional ITER, aún en construcción en Francia. El NIF finalizó su construcción en 2009 (costó unos 3500 millones de dólares) en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) y aún no ha logrado iniciar la fusión (la ignición); se espera que lo logre en los próximos años y que además demuestre alguna ganancia en energía (ahora mismo es un saco sin fondo en cuanto a consumo de energía).

En los últimos 50 años la fusión por confinamiento inercial ha avanzado de la mano de los militares (que la utilizan para simular explosiones termonucleares) pero ahora se considera como una ruta prometedora hacia las aplicaciones civiles. En el NIF se utilizan láseres de alta potencia que provocan la implosión de diminutas cápsulas de combustible (isótopos pesados de hidrógeno). El problema del NIF es lograr la ignición reiterada del combustible; en las pruebas de armamento nuclear se puede realizar una prueba al día y punto, pero si queremos obtener rendimientos de energía netos entre 50 y 100 (veces la energía necesaria para la ignición) debemos ser capaces de provocar la ignición con suficiente rapidez. El gran problema es el enfriamiento del láser entre cada par de disparos. Los científicos del LLNL ya han propuesto un nuevo láser de estado sólido, LIFE, que sustituirá al actual cuando se demuestre la ignición y permitirá disparos reiterados.

¿Logrará el NIF la ignición? Muchos lo dudan ya que aún no se controlan bien las inestabilidades del plasma que podrían evitar la ignición. ¿Se podrán abaratar los costos? En la actualidad se estima que un planta de fusión por confinamiento inercial costará unos 8000 millones de dólares, cuando una central nuclear pequeña cuesta sólo unos 1000 millones de dólares. ¿Puede pagar el DOE su contribución a dos proyectos en competencia como NIF y ITER? ¿Debe favorecer a uno de ellos? Sólo los políticos tienen la respuesta.

El hombre es el único animal que tropieza dos veces con la misma piedra

La semana pasada se detectó yodo-131 de Fukushima en Ucrania, cerca de la planta nuclear de Chernóbil, donde ocurrió el peor desastre nuclear civil del mundo. Una prueba incorrecta de la seguridad de la planta provocó una enorme explosión que extendió material radioactivo por toda Europa. ¿Qué consecuencias tiene sobre la población las emisiones radiactivas de baja intensidad como las del reactor de Fukushima? ¿Qué consecuencias tuvieron las del desastre de Chernóbil? Las consecuencias a largo plazo de la exposición a bajos niveles de radiactividad aún no son conocidas con detalle. Los reactores nucleares de Fukushima han liberado cantidades significativas de radioisótopos y algunos trabajadores se han enfrentado a exposiciones severas de radiación en su intento de enfriar el combustible nuclear de la planta. Como nos recuerda el editor principal de Nature en “Lessons from the past,” Nature 471: 547, 31 March 2011, todavía no hemos aprendido todo lo que se debería haber aprendido sobre las consecuencias de Chernóbil. Todos los países pronucleares del mundo deberían tomarse muy en serio la labor de financiación de este tipo de estudios en aras a lavar la cara a la industria nuclear. Los interesados en más información disfrutarán con Mark Peplow, “Chernobyl’s legacy. Twenty-five years after the nuclear disaster, the clean-up grinds on and health studies are faltering. Are there lessons for Japan?,” News Feature, Nature 471: 562-565, 29 March 2011. Más información sobre Fukushima en Declan Butler, “Radioactivity spreads in Japan. Fallout is localized, but could persist for years in some regions,” News, Nature 471: 555-556, 29 March 2011 (fuente de la última imagen de esta entrada).

Las consecuencias de Chernóbil fueron de amplio alcance, incluso contribuyeron a la caída de la Unión Soviética. Miles de niños desarrollaron cáncer de tiroides después de beber leche contaminada. Miles de millones de dólares de las economías de Ucrania y Bielorrusia fueron invertidos en atención sanitaria a los afectados por la radiación. Recuperarse de un desastre nuclear es una tarea de varias generaciones. Harán falta muchas décadas para que Chernóbil se convierta en sólo un recuerdo lejano.

El gran problema de la recuperación de los alrededores de Chernóbil ha sido su alto coste para Ucrania que se queja de la falta de financiación por parte de otros países. El reactor número 4 todavía se encuentra debajo de un sarcófago de hormigón que fue levantado de forma frenética pocos meses después del accidente. Los trabajos de mantenimiento lo mantienen seguro, por ahora, pero las paredes presentan manchas de óxido y el techo está en mal estado; a los amantes de las cifras hay que informarles que al lado del sarcófago del reactor los niveles de radiación son a fecha de 2011 de unos 5 μSv/h, lo que significa que en 10 minutos de exposición se recibe la misma dósis que al tomar una radiografía de rayos X de un brazo. Los ingenieros quieren construir un arco de confinamiento seguro que les permita desmantelar el reactor pero su costo estimado es muy alto, unos 1400 millones de dólares americanos; hay que construir una estructura en forma de arco con 105 metros de altura y 257 metros de largo. El Fondo de Protección de Chernóbil, gestionado por el Banco Europeo de Reconstrucción y Desarrollo, hasta el momento ha recabado unos 800 millones de dólares gracias a las donaciones de 30 países. Esta falta de financiación ha retrasado el inicio del proyecto durante años y se cree que no podrán emprenderse las labores necesarias hasta el año 2015, como pronto. Ucrania necesita más dinero de la comunidad internacional. Quizás la catástrofe Fukushima fomente que este dinero fluya hacia Ucrania. Los accidentes nucleares tienen repercusiones mundiales, y aunque el interés de todo el mundo es impulsar una energía nuclear segura, también debemos ser conscientes que hay que asumir sus riesgos y que se deben manejar de manera adecuada su legado perjudicial cuando las cosas van mal.

Hoy en día se están construyendo nuevas centrales nucleares en más de una docena de países. China es el país que acapara casi la mitad de los 65 reactores actualmente en construcción. De hecho, existe un interés creciente en esta tecnología en los países en vías de desarrollo. Pero no hay que olvidar que todas las naciones del mundo deben invertir en órganos como el Organismo Internacional para la Energía Atómica que garanticen que tanto los viejos como los nuevos reactores sean suficientemente seguros y que estén preparados para lo peor. Además, los gobiernos y la industria nuclear deben mejorar su relación con el público general, cada día más escéptico, ofreciendo información abierta y transparente sobre los costos reales de la seguridad de esta industria.

Hoy en día es muy difícil precisar los sutiles efectos sobre la salud de una exposición de bajo nivel a la radiactividad, como el incremento del riesgo de enfermedades cardiovasculares, cáncer de mama y otras enfermedades. Hay que financiar estudios de un gran número de personas expuestas a dosis muy bajas de radiación (Chernóbil y Fukushima son una gran oportunidad para hacerlo) que permitan responder a las preguntas que plantea el futuro de la energía nuclear. ¿Son seguros los niveles de radiación tan bajos a los que estamos expuestos debido a la radiactividad que ha escapado de Fukushima? La mejor respuesta actual es “probablemente.” Pero a todo nos gustaría conocer con seguridad la respuesta. Todavía no hemos aprendido de Chernóbil todo lo que se podía haber aprendido. El editor de Nature opina que le gustaría que no tuvieran que pasar otros 25 años para que se financie adecuadamente la investigación que permita obtener la respuesta.

Récord de conducción eléctrica en una cadena de ADN aperiódica

Una cadena de ADN puede ser conductora, semiconductora, aislante, e incluso superconductora en función de la disposición de sus nucleótidos (pares de bases C≡G y A=T). El grupo de la doctora Jacqueline Barton publica en Nature Chemistry el nuevo récord de conducción de carga eléctrica en una cadena de ADN de 100 pares de bases (unos 34 nm de longitud) apoyada verticalmente sobre un substrato de oro. Si se cambia una sola base en esta cadena de ADN, la conducción desaparece (conduce sólo una parte de ella). ¿Por qué conduce esta secuencia de bases y no otra parecida? Nadie lo sabe. ¿Qué secuencias de nucleótidos permiten una conducción a larga distancia? Nadie lo sabe. La mayoría de las cadenas de ADN que conducen a larga distancia tienen nucleótidos colocados de forma periódica o repetitiva, pero la nueva cadena récord es aperiódica. El ADN guarda mucho más secretos que los que esconde el genoma. El artículo técnico es Jason D. Slinker, Natalie B. Muren, Sara E. Renfrew, Jacqueline K. Barton, “DNA charge transport over 34 nm,” Nature Chemistry, Published online 30 January 2011.

El ADN es una molécula compleja y llena de sorpresas. En general, el ADN es un mal conductor del calor y de la electricidad. Sin embargo, ciertas secuencias de bases conducen la electricidad durante cierta distancia. Esta conductividad del ADN depende, además de la secuencia de bases, de muchos otros factores como la longitud de la cadena, la temperatura, el grado de hidratación, etc. El mecanismo de conducción requiere una doble cadena de ADN ya que el ADN monocatenario no presenta conductividad a distancias grandes. Hasta hace poco más de un lustro, la conductividad eléctrica del ADN era difícil de medir, pero en la actualidad se han desarrollado varios dispositivos experimentales que permiten medirla con gran precisión. La doctora Barton y su grupo han fijado un mazo de cadenas de ADN de 100 nucleótidos de longitud a una placa de oro gracias a una molécula especial que actúa como ánodo; en la parte terminal de la cadena de ADN han fijado otra molécula que actúa como cátodo que emite luz cuando recibe carga eléctrica.

¿Para qué sirve descubrir secuencias de ADN que conducen la electricidad? Se cree que permitirá la fabricación de nanodispositivos electrónicos. Sin embargo, hay que recordar que sin un mecanismo de reparación adecuado, moléculas tan complejas como las cadenas de ADN largas son muy delicadas y se degradan fácilmente debido al efecto del ambiente. También se ha propuesto el uso de estas cadenas de ADN como biosensores para detectar diferentes substancias químicas.