¿QUÉ SON LOS SUPERCONDUCTORES?

ENTREVISTA AL DR. JOSÉ GUADALUPE PÉREZ RAMÍREZ. INVESTIGADOR DEL INSTITUTO DE FÍSICA.

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Dr. Gracias por concedernos esta entrevista. Dentro del terreno de la Física ¿Cuál es su especialidad? Soy Dr. En Física y mi especialidad es la Física de Materiales. ¿Nos puede hablar sobre su trayectoria en la UNAM?

Es diversa. Inicialmente cuando vine a la Institución en el año del 81 colaboré con la FES Cuautitlán. Posteriormente ingresé al Instituto de Física en 1984, y aquí me inicié colaborando con el grupo de microscopía electrónica. En 1977 (complementa el Dr.) recibí la presea Estado de México en Ciencias "José Antonio Alzate", por mi trayectoria acumulada en mi actividad científica. Por otro lado, una de las áreas donde yo trabajo es en la parte de saber como están distribuidos los átomos cuando están bien ordenados, eso se llama Cristalografía de los materiales, y hay una Institución en Estados Unidos, el International Centre for Disffraction DATA, que desde los años treintas se ha dedicado a recabar información sobre el tema, misma que distribuye a todo el mundo, a veces vía negocio, a veces simplemente pasando este conocimiento. Y para esta recopilación y la norma de cómo se debe manejar la información, esta Sociedad se asesora con especialistas de todo el mundo. En este caso, en el año de 98, fui invitado a pertenecer a dicha Institución, como asesor, y soy el único representante de México y fui el primero de los Latinoamericanos que participó en este proyecto.

Dr. Antes de meternos de lleno en el tema supongo que lo principal es que nos ubique en la materia ¿Qué es un conductor? Todo mundo en casa tiene un radio, probablemente un refrigerador o mínimamente una lámpara para iluminar. Si nosotros analizamos una lámpara común y corriente, sabemos que requerimos una instalación eléctrica en casa o por lo menos una pila. Ahora vamos a entender porque esta lámpara ilumina. El foco tiene adentro una pequeña resistencia eléctrica y lo que hacemos es conectar la pila a esta resistencia. La pila es simplemente una fuente de electrones. Cuando nosotros conectamos la pila a nuestra lámpara empieza a circular corriente eléctrica y al circular esta corriente, como el material por el que está circulando tiene una resistencia, este material se empieza a calentar hasta que ilumina y es el principio con el que funciona. Aquí lo importante es que los materiales, cuando les hacemos pasar corriente eléctrica, tienen una resistencia a ella y esto es lo que se aprovecha. En el caso de una licuadora, ahí la corriente eléctrica empieza a circular y genera campos magnéticos, los cuales empiezan a interactuar con unos magnetos permanentes que están en la licuadora y hacen girar el motor. Un calentador eléctrico se parece mucho al foco, ahí lo único que aprovechamos es la resistencia de este material cuando pasa la corriente eléctrica que genera calor, lo que nos permite calentarlo.

Resumiendo, los materiales conocidos como conductores; el cobre, la plata, el oro, el fierro, todos los metales son conductores, cuando se les coloca un voltaje, vía una pila o por el enchufe en la casa, se empieza a producir una corriente de electrones y estos materiales permiten su conducción, pero a la vez también se resisten y estas son las propiedades que hemos mencionado. Los conductores son materiales que conducen la electricidad.

¿Se puede decir, en el caso de los conductores, que se utiliza tanto la energía como el calor que produce la corriente eléctrica, para que estos nos den un buen funcionamiento? Es algo muy interesante, porque en el caso de algo tan sencillo como es el paso de corriente por un material, el ingenio humano lo explota, por un lado lo usa para iluminar, por otro lo usa para calentar, también se utiliza para generar campos magnéticos, etc. . Ya nos habló de los metales pero ¿Qué son los materiales cerámicos? Hay que entender que es un cerámico y distinguirlo de un metal. Por ejemplo, si nosotros agarramos un pedazo de oro, lo podemos doblar fácilmente y podemos hacer laminillas, figuras, joyería, etc. Si tomamos un pedazo de vidrio y queremos doblarlo y hacer figuras es imposible, sólo si lo calentamos. O si agarramos un plato de cerámica y lo queremos moldear, se va a romper. Esa es la diferencia para distinguir un metal de un cerámico, el metal es maleable y el cerámico es quebradizo. ¿Sin embargo los cerámicos son conductores? Casualmente en la última época se descubrió que no sólo los metales son conductores eléctricos, sino que también los cerámicos pueden serlo y recientemente también se ha demostrado que aún los polímeros pueden ser conductores eléctricos. ¿Qué son los polímeros, Dr. Pérez Ramírez? Los polímeros son otro tipo de materiales, pero el mejor ejemplo son los plásticos. Ahora si, platíquenos ¿Qué son los Superconductores? Ya hablamos de lo que son los conductores eléctricos, son materiales que conducen electricidad, y lo importante es que al pasar la corriente por ellos, toda la energía de los electrones se disipa en forma de calor o en forma de luz, como habíamos dicho. Sin embargo algunos de estos materiales conductores, cuando les bajamos la temperatura, resulta que ya no tienen resistencia al paso de la corriente. Entonces yo pongo la pila y hago pasar corriente por este material, y la corriente no se transforma ni en calor ni en luz, sino atraviesa el material de un lado a otro. Si yo con este material lo cierro y hago una espira, y yo le inyecto esa corriente, esta se queda dando vueltas indefinidamente. Este material es conductor eléctrico, pero además tiene la propiedad de que no tiene la resistencia eléctrica. Los electrones siempre van a estar ahí. Y cuando éste material tiene esta propiedad, se dice que es un material Superconductor. ¿Y cuáles podrían ser estos materiales? Contra lo que se pudiera pensar, por ejemplo el cobre no lo podríamos considerar, aunque sea uno de los mejores conductores. Y de los materiales, dentro de los metales, que son los más malos conductores, tenemos el niobio y el estaño, sin embargo cuando estos dos metales son calentados estando en temperaturas muy bajas, específicamente a los grados a los que sé licúa el gas helio, se vuelven Superconductores, y tienen esta propiedad; es decir, que si se les inyecta corriente, ésta se conserva en ellos de manera permanente. ¿Y cuáles son los beneficios de éste fenómeno?

Imagínese, vamos a usar como ejemplo la medida del campo magnético de la tierra. Todos sabemos que si colocamos una pequeña brújula en este campo, está se orienta. Si nosotros quisiéramos construir un electroimán que genere un campo magnético del orden de veinte mil veces el campo magnético de la tierra, con cobre por ejemplo, tendría que ser éste del tamaño del estadio Azteca. Y porqué me interesa esta magnitud de campo magnético, porque resulta que los tomógrafos, en donde se hacen análisis del cuerpo humano, requieren de un campo similar. Si yo quisiera generar este campo con cobre convencional tengo que tener un electroimán de esas dimensiones. Además tendría que consumir toda la energía de la ciudad de México. Como los materiales Superconductores no tienen oposición al paso de la corriente, yo puedo, entonces, inyectar grandes corrientes y por lo tanto generar campos magnéticos grandes en una región pequeña. Y casualmente los tomógrafos que están trabajando hoy en día, requieren de veinte mil veces el campo magnético de la tierra y están hechos de material Superconductor y gracias a la existencia de estos materiales, se puede tener la tomografía como la conocemos actualmente.

¿Qué otras aplicaciones prácticas se les pueden dar al uso de los Superconductores, Dr. Pérez Ramírez? Son muchísimas, ahorita hay algunas, pero diría que son pocas porque los materiales que se están usando en este momento, desde el punto de vista tecnológico, son los descubiertos en los años cincuentas del siglo pasado, ya que el líquido que hay que enfriar es el helio, por lo que son pocas las aplicaciones que se tienen en éste momento, pero con el descubrimiento de los nuevos materiales Superconductores, potencialmente se han abierto muchísimas posibilidades. Por ejemplo, con los materiales convencionales desde los sesentas se había trabajado ya en prototipos para hacer transporte levitado, aprovechando otra propiedad que tienen estos materiales, pues cuando usted tiene un material en estado de Superconductor y le acerca un imán, automáticamente hay una generación de corrientes que producen una fuerza en contra del imán, y éste empieza a levitar. Por esos años se hicieron prototipos para hacer trenes levitados, con la ventaja de que para impulsar el tren, sólo se requiere la energía para avanzar de un lado a otro evitando la fricción que se tiene, ya sea en el ferrocarril o en el automóvil, lo que era muy atractivo. Sin embargo en los años setentas se abandonó el proyecto porque era incosteable, pero con el descubrimiento, en los ochentas, de los nuevos materiales Superconductores, se abrió de nuevo esa posibilidad y hoy en día hay prototipos en varias partes del mundo: Japón, Estados Unidos, Alemania. En México no se ha abierto el desarrollo para transporte levitado, lo cual es preocupante ya que se prevé que a mediano plazo va a sustituir al avión en distancias medias, de 500 a 1000 km. Por consecuencia, va a ser un transporte más rápido y económicamente más costeable que el avión. Otra aplicación muy interesante que se ha venido desarrollando también -continúa- a partir de la posibilidad de los nuevos materiales Superconductores, es el poder almacenar energía. Como recuerdan si yo tengo una espira de material Superconductor y le inyecto la corriente, ésta se queda ahí. Se están desarrollando prototipos para construir grandes espiras, imaginemos una espira del tamaño de nuestro periférico, aquí en la ciudad de México, y todo tipo de energía que captemos, solar, de viento, la inyectamos ahí, entonces tendremos la suficiente energía para extraer cuando se requiera. También como estos materiales no oponen resistencia al paso de la corriente -añade- se van a usar como transmisores. Si nosotros tenemos una fuente de energía como la que existe en Chiapas y la vamos a traer a la ciudad de México, gran parte de ésta se disipa, porque los materiales que se usan son cobre y aluminio y tienen resistencia eléctrica. Con estos prototipos Superconductores que se trabajan, la transmisión de la energía se hace vía estos materiales, consecuentemente la disipación de la misma va a ser baja. Por otro lado, actualmente los conductores convencionales son la base de los motores, pero con los materiales Superconductores, como podemos inyectar corrientes muy altas en regiones muy pequeñas, en motores que tiene un diámetro de un metro, por ejemplo, se pueden reducir a motores con diámetros de 15 centímetros. Los grandes generadores que están trabajando hoy en día y que están junto a las presas, son motores de algunos metros de diámetro, que se pueden reducir a motores muy pequeños, más eficientes, porque va a haber menos pérdida de energía. ¿Algún otro punto Dr. Ramírez Pérez? Sí, por ejemplo la sensibilidad de los Superconductores (estaño, niobio, cerámica superconductora, etc.). Es decir cuando pasan de Superconductor a no Superconductor, basta con que el material reciba o no energía, para que se vuelva o no Superconductor. Se está explotando esto para hacer transmisores de radio de frecuencia muy definida, lo que automáticamente va mejorar la recepción de la telefonía celular y dada la expansión de esta, resulta ser un campo muy atractivo para la inversión. Por otro lado, en medicina dado que los materiales Superconductores son muy sensibles al campo magnético, y que en nuestro cuerpo, principalmente en el corazón y en el cerebro, se producen corrientes eléctricas por donde se generan campos magnéticos, se desarrollarán nuevos tipos de tomógrafos. Imagínese que en un futuro le hagan una tomografía de campo magnético de su cerebro, para ver si tiene tal o cual afección, a este respecto ya hay prototipos que permiten detectar ciertas afecciones de manera muy precisa, tanto en el corazón, como en el cerebro, por ejemplo la epilepsia; por ello, estos aparatos se siguen perfeccionando. ¿Qué tan viables son estos proyectos para el desarrollo de México? ¿Está el gobierno interesado y la UNAM qué papel juega? Aquí es un problema genérico, no es específico de los Superconductores. Desgraciadamente en nuestro país no ha habido una política de desarrollo tecnológico, por lo que las repercusiones en el campo económico son inmediatas. Sobre la tecnología basada en Superconductores se trabaja mucho en países que tienen economías fuertes, como Japón, Alemania, Estados Unidos. Sin embargo, en México el desarrollo tecnológico en cuanto a los Superconductores, diría que es propiamente nulo, por lo que a mediano plazo, cuando todas esas tecnologías estén desarrolladas, nosotros seremos simplemente compradores. ¿Qué podemos hacer al respecto? Dr. Pérez Ramírez. El problema económico que tenemos, (hago una llamada de atención), es porque no contamos con un desarrollo tecnológico, por lo que si hay resultados en este campo, se podrán observar en veinte o treinta años. Así como en los años cincuentas se tomó una decisión para tener una comunidad científica, ahora es momento para que se tome una determinación para formar en un tiempo perentorio, una comunidad tecnológica, lo que nos dará alternativas de competir con los países poderosos. Se requiere -continúa- un compromiso de todos, gobierno, científicos, industriales, profesores. Compromiso de todo el país. ¿Qué nación queremos tener dentro de veinte o treinta años? ¿Queremos estar dependientes de manera tan drástica, sufriendo por los vaivenes de fuera, como lo estamos ahora? La infraestructura humana que se ha desarrollado en el país -explica- en los últimos cincuenta años, es suficiente para arrancar el proceso, pero no para resolverlo. Ahí es donde hay que hacer una llamada de atención. Esta bien que se generen conocimientos, que se hagan publicaciones, pero si nosotros fuimos formados como científicos, tenemos un compromiso más allá con el país, somos la base para crear a las nuevas generaciones para que puedan llevar a cabo el desarrollo tecnológico, al tiempo continuamos generando conocimiento científico. Las dos cosas van de la mano. El compromiso es de todos, porque existe la infraestructura humana. Sí se puede en este momento echar a andar proyectos de éste tipo, pero es una decisión de todos. ¿Algo más que quiera agregar Dr.?

Solamente señalar a los jóvenes, que reflexionen por qué quieren estudiar, los conmino para que piensen más en su vida a mediano plazo ¿Dónde quieren estar? ¿Qué quieren hacer? Si lo hacen, automáticamente van a normar su interacción con sus maestros y con la Universidad. Si un alumno tiene un proyecto de vida profesional debe estar consciente de que todo el tiempo que va a estar en la UNAM, será un tiempo en el cual se va a preparar para poder llegar a su meta. Si es así no va a permitir que un profesor falte, o que descuide su cátedra, o tolerar que cierren su centro de estudios.