Efecto dinamo

El efecto dinamo consiste en la generación espontánea de un campo magnético en un fluido conductor eléctricamentre neutro [1]. Una de sus manifestaciones más conocidas es el campo magnético de la tierra, consecuencia de los movimientos del hierro líquido en el núcleo externo (fundido). De hecho, cualquier campo magnético de los diferentes cuerpos astronómicos tiene su origen en el efecto dinamo.

Durante el siglo pasado, y sobre todo desde los años 60, hubo una efervescencia de estudios teóricos sobre dicho fenómeno. No obstante, a día de hoy nadie puede proporcionar las condiciones necesarias para que un determinado flujo produzca un campo magnético. La causa de esto es que hace falta un flujo altamente turbulento para poder obtener las condiciones que se creen necesarias. Sí se conocen en cambio circunstancias bajo las que no se da, como por ejemplo el teorema anti-dinamo de Cowling [1], que predice que un flujo axisimétrico no puede generar un campo también axisimétrico. Hay algunos ingredientes que se cree ``ayudan'' a desencadenar el efecto dinamo: la conductividad del fluido debe ser alta, debe existir una rotación diferencial que ayude a generar los acoplamientos necesarios, o por ejemplo la simetria del problema.

El reto científico principal que se plantea es cómo estudiar la evolución de un campo cuya dinámica está gobernada por un parámetro tensorial con dinámica turbulenta. Uno de los grandes retos que hay en física no lineal es entender cómo se producen las bifurcaciones de los campos medios en sistemas turbulentos. En este caso, aunque la ecuación que gobierna la evolución del campo magnético es lineal en B, el problema completo es no lineal, apareciendo la no linealidad en el acople con v a través de la fuerza de Lorentz en la ecuación de evolución del momento cinético, la ecuación de Navier-Stokes.

Todos los experimentos que se plantean en la actualidad tienen que afrontar una serie de retos tecnológicos. Entre ellos, las condiciones experimentales son tales que para experimentos con dimensiones del orden del metro necesitan potencias del orden de varias centenas de kW, que son las disipadas por estos flujos con ese nivel de turbulencia. Este calor debe ser evacuado eficazmente. Por otro lado, hay retos como el sistema de transmisión dentro de un recipiente con metal líquido fundido a velocidades del orden de 30Hz.

[1] H.K.Moffat,'Magnetic field generation in electrically conducting fluids,' Cambridge University Press, Cambridge (1978)