Los flujos de metal fundido pueden generar campos magnéticos. Este llamado efecto dinamo crea campos magnéticos cósmicos, como los que se encuentran en planetas, lunas e incluso asteroides. En los próximos años, un experimento único a nivel mundial, en el que un tambor de acero contiene variostoneladas de sodio líquido gira alrededor de dos ejes, se pretende demostrar este efecto. Se llevará a cabo en la nueva instalación DRESDYN en Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf HZDR, un laboratorio de investigación alemán independiente. Un estudio publicado recientemente en elperiódico científico Cartas de revisión física confirma las posibilidades de éxito del experimento.
De forma similar a cómo una dinamo de bicicleta convierte el movimiento en electricidad, el movimiento de fluidos conductores puede generar campos magnéticos. El llamado número de Reynolds magnético el producto de la velocidad de flujo, expansión y conductividad del fluido determina principalmente si realmente se genera un campo magnético.
Durante un experimento espectacular, los científicos del equipo de Frank Stefani en el Instituto de Dinámica de Fluidos del HZDR tienen como objetivo lograr el valor crítico requerido para la ocurrencia del efecto dinamo. Para este propósito, un cilindro de acero de dos metros de diámetro que contiene ocho toneladas de líquidoel sodio rotará alrededor de un eje hasta diez veces por segundo y una vez por segundo alrededor de otro, que está inclinado con respecto al primero. El término técnico para este movimiento, que a menudo se compara con un trompo inclinado, es precesión.
"Nuestro experimento en la nueva instalación DRESDYN tiene la intención de demostrar que la precesión, como un impulsor natural del flujo, es suficiente para crear un campo magnético", dice André Giesecke, autor principal del estudio. En sus simulaciones y durante el agua acompañanteexperimentos: la maqueta era seis veces más pequeña que la gran dinamo; los científicos examinaron la estructura del flujo impulsado por la precesión.
"Para nuestra sorpresa, observamos una estructura simétrica de doble función en un rango específico de la tasa de precesión, que debería proporcionar un efecto dinamo en un número magnético de Reynolds de 430", dice el físico.
Sin resolver: el papel de la precesión en el geodinamo
El centro de la Tierra consiste en un núcleo sólido rodeado por una capa de hierro fundido. "El metal fundido induce una corriente eléctrica, que a su vez genera un campo magnético", explica Giesecke. La creencia común es que la convección impulsada por la flotabilidad, junto con la rotación de la Tierra, es responsable de este geodinamo. Sin embargo, el papel desempeñado por la precesión en la formación del campo magnético de la Tierra aún no está completamente claro.
El eje de rotación de la Tierra está inclinado 23.5 grados desde su plano orbital. El eje de rotación cambia de posición durante un período de aproximadamente 26,000 años. Se cree que este movimiento de precesión a través del espacio es una de las posibles fuentes de energía para el geodinamo. MillonesHace años, la Luna también tenía un poderoso campo magnético, como lo indican las muestras de roca de las misiones Apolo. Según los expertos, la precesión podría haber sido la causa principal de esto.
Se espera que los experimentos de sodio líquido en HZDR comiencen en 2020. A diferencia de los experimentos de laboratorio de geodynamo anteriores, no habrá hélice dentro del tambor de acero, como se usó en el primer experimento exitoso de dinamo en Riga, Letonia en 1999, en el que HZDRlos científicos estuvieron muy involucrados. Este y otros experimentos en Karlsruhe, Alemania y Cadarache, Francia, proporcionaron una investigación innovadora para una mejor comprensión del geodinamo.
"En principio, podemos definir tres parámetros diferentes para los experimentos en DRESDYN: rotación, precesión y el ángulo entre los dos ejes", dice Giesecke. Por un lado, él y sus colegas esperan obtener respuestas a la pregunta fundamentalde si la precesión realmente produce un campo magnético en un fluido conductor. Por otro lado, están interesados en descubrir qué componentes del flujo son responsables de la creación del campo magnético y el punto en el que ocurre la saturación.
Doble papel en el contenedor
"En las simulaciones, descubrimos que las ondas de inercia estacionarias ocurren en un amplio rango de parámetros. Sin embargo, dentro de cierto rango, hemos notado una estructura característica de doble función que demuestra ser extremadamente eficiente para el efecto dinamo. En principio, nosotrosya somos conscientes de dicha estructura de velocidad gracias al experimento de la dinamo francesa, en el que fue producido artificialmente por dos hélices, mientras que en nuestro experimento de precesión debería surgir de forma natural ".
Los investigadores del HZDR utilizaron tecnología de ultrasonido especial para medir la estructura del flujo. "Nos sorprendió mucho lo bien que coinciden los datos del experimento con los resultados de la simulación. Por lo tanto, tenemos una predicción extremadamente sólida para el gran experimento DRESDYN. Por ejemplo, sabemos a qué velocidad de rotación se produce el efecto dinamo y qué estructuras de campo magnético podemos esperar ", dice Giesecke.
La comunidad científica involucrada con las dinamos espera ansiosamente los resultados del experimento planeado, que operará en los límites de la factibilidad técnica en muchos aspectos ". También esperamos una visión detallada de la dinámica general de los flujos de metal líquido bajo la influencia del magnetismocampos. Esto nos permitirá sacar conclusiones sobre los flujos en el sector industrial ", según Giesecke.
Y por último pero no menos importante, la tomografía de flujo magnético desarrollada en el HZDR como parte de su investigación sobre dinamo es de interés para muchas áreas de fundición de acero y cultivo de cristales. El trabajo ha sido parcialmente financiado por la "Tecnología de Metal Líquido" de la Alianza HelmholtzLIMTECH.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :