Joven de 17 años fabricó un «mini fusor nuclear» como proyecto escolar y compartió las instrucciones

Un joven italiano de 17 años, Cesare Mencarini, ha logrado un impresionante hito al construir un pequeño «Dispositivo de Confinamiento Electrostático Inercial» como parte de su proyecto de fin de estudios en el Cardiff Sixth Form College Cambridge (CSFC). Inspirado por videos de YouTube y guiado por su pasión por las matemáticas, la química y la física, Cesare consiguió llevar a cabo esta ambiciosa iniciativa, obteniendo la calificación más alta, un A*, en sus resultados de A-Level.

Un proyecto inspirado en la autodidáctica y la creatividad

Cesare, autodidacta y creativo, se propuso generar neutrones utilizando su mini fusor. Para ello, aplicó una alta tensión para calentar átomos, un proceso complejo que, sin embargo, no puede replicar la alta presión natural del sol debido a la falta de la intensa gravedad solar. No obstante, su determinación lo llevó a trabajar durante varios meses para lograr su objetivo.

Un comienzo lleno de obstáculos

Al principio, el CSFC mostró reticencia debido a los riesgos potenciales asociados con la construcción de un reactor de este tipo, especialmente en un entorno escolar. Cesare tuvo que convencer a sus profesores de la viabilidad y la importancia de su proyecto, lo que no fue una tarea fácil. Sin embargo, después de realizar exhaustivas evaluaciones de riesgos, el colegio decidió apoyarlo.

Apoyo institucional y colaboración académica

El proyecto recibió un financiamiento de aproximadamente 6.000 euros por parte del CSFC, lo que permitió a Cesare adquirir los materiales necesarios para la construcción del reactor. Además, contó con el apoyo del Dr. Jem Pearson, jefe del departamento de física del colegio, y un doctorando de la Universidad de Cambridge, quienes lo asesoraron en las etapas más complejas del proyecto. Según el Dr. Julian Davies, director del CSFC, el trabajo de Cesare es excepcional y tiene el potencial de hacer una contribución significativa en la industria de la energía en el futuro.

El logro del estado de plasma

El joven científico alcanzó un hito crucial en junio, cuando su reactor logró alcanzar el estado de plasma, un logro que lo llenó de orgullo. En una publicación en LinkedIn, Cesare expresó su alegría al afirmar: «He conseguido obtener plasma, lo cual es increíble, y estoy muy feliz por ello». El reactor funciona gracias a una bomba de vacío Leybold Trivac E2, que permite alcanzar una presión mínima de 1,06 x 10⁻³ Pa. Además, para conseguir la fusión, utiliza una bomba turbomolecular Pfeiffer TPH062, aislada por una válvula de estrangulación VAT, y todo el sistema está conectado a un Feedthrough de alta tensión de 30 kV, alimentado por una fuente de alimentación Unilab de 5 kV.

Inspiración para las futuras generaciones

Este proyecto no solo destaca por su complejidad técnica, sino también por el hecho de que fue realizado por un estudiante de secundaria, lo que subraya el potencial de los jóvenes cuando se les brinda la oportunidad de explorar sus intereses. El trabajo de Cesare Mencarini no solo ha sido un éxito personal, sino que también sirve de inspiración para otros jóvenes que sueñan con emprender proyectos innovadores en el campo de la ciencia y la tecnología.

En noviembre de 2022, emprendí un proyecto de secundaria «fuera de lo común» centrado en el diseño y fabricación de un generador de neutrones «hecho a mano», con aplicaciones como la activación y análisis de materiales.

Combiné una tecnología de fusión conocida con componentes personalizados impresos en 3D y desarrollé una interfaz gráfica de usuario (GUI) codificada en Python para el control remoto, alojada en un Raspberry Pi 4B. Este sistema se comunica a través de conexiones seriales con dos Arduinos para el análisis de datos y la gestión de tareas.

Ha sido un esfuerzo desafiante durante el cual he conocido a físicos, ingenieros y mentores inspiradores. Agradezco a Jem Pearson, Jamie Edwards, Julian Davies y al Cardiff Sixth Form College por el increíble apoyo, y a JCS Nuclear Solutions por donar dos Detectores de Burbujas de Neutrones. He compartido públicamente los recursos más relevantes.

Este logro, que fusiona conocimiento autodidacta con la guía académica, representa un ejemplo significativo de cómo la educación puede adaptarse para potenciar las habilidades y pasiones de los estudiantes, permitiéndoles asumir riesgos controlados en la búsqueda de avances reales en áreas críticas como la energía renovable y la sostenibilidad.

Instrucciones del proyecto: drive.google.com

Puntos clave:

1. Inspiración y origen del proyecto: Cesare se inspiró en un video de YouTube sobre un fusor nuclear, lo que despertó su interés en la tecnología de fusión. A pesar de las preocupaciones iniciales de seguridad en su colegio, logró obtener apoyo y mentoría de un estudiante de doctorado, lo que permitió que su proyecto fuera aprobado.
2. Desarrollo de su pasión por la ingeniería: Su interés en la ingeniería comenzó a los nueve años cuando su padre le presentó una placa Arduino, lo que abrió un mundo de posibilidades para él. Desde entonces, ha expandido sus habilidades en áreas como modelado 3D, diseño gráfico y programación en Python.
3. Motivación y persistencia: Cesare destacó la importancia de la planificación inicial del proyecto, que tomó cinco meses. A pesar de enfrentar numerosos desafíos, la expectativa de cumplir con lo propuesto y no decepcionar a los que lo apoyaban fue un motivador clave.
4. Funcionamiento del reactor y estado actual: Su reactor utiliza el método de Confinamiento Electrostático Inercial para acelerar iones hacia un centro cargado negativamente, generando plasma. Aunque aún necesita una fuente de energía específica para generar neutrones, ya ha logrado crear plasma, un paso crucial en el proceso de fusión nuclear.
5. Diferencias con otros generadores de plasma: Cesare explicó que, aunque el plasma puede generarse con otros equipos, como los disponibles en Amazon, su reactor está diseñado para crear un plasma estable y confinado bajo condiciones de vacío, esenciales para la fusión nuclear.
6. Desafíos técnicos superados: Durante la construcción del reactor, enfrentó desafíos como fugas en la cámara y problemas con el controlador de presión. Solucionó estos problemas mediante la creación de controladores personalizados y ajustes simples pero efectivos.
7. Importancia del hacking positivo: Cesare redefinió el término «hacking» como un proceso positivo de superación de obstáculos y resolución de problemas. Su objetivo es inspirar a otros jóvenes.
8. Apoyo educativo y experiencias: Agradeció el enfoque del sistema educativo británico en el «aprender haciendo» y mencionó que en su colegio asistió a conferencias y participó en grupos de investigación que enriquecieron su proyecto. Contrastó esta experiencia con el sistema educativo italiano, donde cree que un proyecto como el suyo habría recibido menos apoyo.

¿Qué es un «Dispositivo de Confinamiento Electrostático Inercial»?

Un Dispositivo de Confinamiento Electrostático Inercial (IEC) es un tipo de reactor que se utiliza en investigaciones de fusión nuclear y otras aplicaciones científicas. La idea principal detrás de un IEC es confinar plasma mediante campos eléctricos, en lugar de los campos magnéticos utilizados en otros tipos de reactores de fusión, como los tokamaks.

¿Cómo funciona un IEC?

Estructura básica:

• Un IEC típico consiste en una cámara esférica o cilíndrica con un electrodo central (rejilla) cargado negativamente. Esta rejilla central está rodeada por una envoltura externa que suele estar conectada a tierra o cargada positivamente.
• Dentro de esta cámara, se introduce un gas ionizable, como el deuterio.

Proceso de confinamiento:

• Al aplicar un voltaje alto al electrodo central, los iones positivos generados por la ionización del gas son atraídos hacia el centro de la cámara, debido a la carga negativa del electrodo central.
• Los iones, acelerados por el campo eléctrico, ganan energía cinética a medida que se mueven hacia el centro, donde pueden colisionar con otros iones.

Fusión nuclear:

• Si los iones tienen suficiente energía al colisionar, pueden superar la repulsión electrostática entre ellos (conocida como la barrera de Coulomb) y fusionarse, liberando energía en el proceso.
• Sin embargo, en la mayoría de los IEC construidos para experimentos escolares o amateur, como el de Cesare Mencarini, el objetivo principal no es generar energía utilizable, sino estudiar los principios de la fusión y crear condiciones de plasma.

Producción de plasma:

• El IEC puede producir plasma, que es un estado de la materia compuesto por iones y electrones libres. Este plasma es necesario para las reacciones de fusión, aunque alcanzar las condiciones ideales para una fusión autosostenible es extremadamente difícil.

Aplicaciones y limitaciones

• Investigación científica: El IEC se utiliza principalmente para la investigación debido a su relativa simplicidad y bajo costo comparado con otros dispositivos de fusión. Es popular en proyectos educativos y experimentos académicos.
• Producción de neutrones: Algunos IEC se utilizan para generar neutrones, que pueden ser empleados en aplicaciones como la activación de materiales, análisis nuclear, y experimentos de física nuclear.
• Limitaciones: Aunque el IEC puede producir plasma y, en algunos casos, reacciones de fusión, no es eficiente para generar energía utilizable a gran escala. Los desafíos técnicos para confinar el plasma de manera estable y eficiente hacen que sea poco probable que un IEC se utilice como fuente de energía comercial en el futuro cercano.