Física de alta presión

El comportamiento de un material sujeto a alta presión puede variar considerablemente de lo encontrado en condiciones de temperatura y presión normales (típicamente veinticinco grados centígrados de temperatura y 1 bar de presión o cien mil Pa -pascal-).

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Por: Vicente Aboites

El comportamiento de un material sujeto a alta presión puede variar considerablemente de lo encontrado en condiciones de temperatura y presión normales (típicamente veinticinco grados centígrados de temperatura y 1 bar de presión o cien mil Pa -pascal-).

Percy Williams Bridgman recibió el Premio Nobel en mil novecientos cuarenta y seis por sus trabajos en física de alta presión, desde cuatrocientos MPa, a cuarenta mil MPa. Aplicando muy alta presión y temperatura a muestras de carbón es como se fabrican los diamantes artificiales que son de primera importancia para la industria. Esto aparte de las empresas que utilizando las cenizas de un cuerpo incinerado pueden fabricar un diamante. De este modo alguien puede tener en la sala de su casa un diamante construido con las cenizas del abuelo, la madre, la esposa o el perro fallecido.

Uno de los más sorprendentes efectos a alta presión es la metalización de varias sustancias que se observa en casi todos los elementos. Por ejemplo en el oxígeno ocurre a 96 GPa y además convierte al oxígeno en un superconductor. Otro fenómeno sorprendente es la transformación del metal sodio, en un aislante transparente aproximadamente a los doscientos GPa. Las celdas utilizadas para producir altas presiones son llamadas celdas de Anvil y pueden alcanzar mil GPa, muy superior a la presión que se encuentra en el centro de la Tierra que es de 364 GPa. Utilizando explosiones atómicas es posible alcanzar presiones en el rango de 400 TPa  sin embargo esto rebasa la infraestructura y capacidad técnica de la mayoría de los laboratorios de alta presión del mundo.

Una de las aplicaciones más importantes de los láseres se da en su uso para lograr reacciones termonucleares de fusión como las que ocurren en el Sol. En este caso se coloca una microesfera de vidrio (de unos cien a doscientos micrones de diámetro) llena de deuterio y tritio, que son el combustible nuclear, y simétricamente se irradia por varios haces láser. La presión y temperatura ejercida por estos láseres es suficiente para llevar estos parámetros a valores similares a los que se encuentran en el Sol y de este modo lograr las reacciones nucleares.

Uno de los más difíciles problemas de resolver es tener una compresión uniforme. Para comprender esto puede usted llenar un globo con un poco de agua y verá que al tratar de presionarlo con la mano el globo se saldrá por cualquier hueco entre sus dedos. Este fenómeno se llama inestabilidad de Rayleigh–Taylor y ocurre siempre que se tienen dos fluidos en donde el de baja densidad presiona al de alta densidad. El ejemplo más sencillo de visualizar es un vaso con agua repentinamente colocado al revés. Una película de alta velocidad mostrará que dado que el aire no puede soportar el peso del agua, se formarán gotas irregulares de agua que caerán del vaso a través del aire hasta que se vacía completamente.

Esto es lo mismo que ocurre en tres dimensiones cuando los rayos láser irradian la microesfera de deuterio y tritio.  Las irregularidades en la intensidad de radiación del láser sobre la microesfera serán suficientes para impedir la implosión uniforme de la microesfera.  Resolver este problema es muy difícil pero se puede lograr.

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