domingo 16 de mayo de2021

Fusión nuclear: energía, neutrones, industria y salud
La tecnología para producir masivamente fusión con rendimiento apropiado para uso comercial todavía está en etapa de maduración. Foto: Orlando Pelichotti / Los Andes.
Sociedad

Fusión nuclear: energía, neutrones, industria y salud

La fusión nuclear ha sido fundamental para la conformación del universo tal cual lo conocemos. Hoy, la ciencia y tecnología de fusión ofrecen nuevos caminos para el desarrollo humano. En esta nota nos centraremos en las últimas realizaciones pacíficas.

  • sábado, 10 de abril de 2021
Fusión nuclear: energía, neutrones, industria y salud
La tecnología para producir masivamente fusión con rendimiento apropiado para uso comercial todavía está en etapa de maduración. Foto: Orlando Pelichotti / Los Andes.

La fusión nuclear es un tipo de reacciones nucleares. Éstas consideran la colisión de dos núcleos atómicos que resulta en la emisión de energía y de dos o más nuevos núcleos y/o partículas. Los núcleos productos de las reacciones de fusión nuclear pueden no ser radiactivos. Las reacciones deuterón-deuterón (DD) y deuterón-tritón (DT) son dos de las más tentadoras para una amplia gama de aplicaciones; por sus relativamente altas probabilidades de ocurrir a bajas energías y porque los núcleos originales, “combustible”, pueden obtenerse del deuterio y tritio del agua. La DT está presentada en la figura (arriba, derecha), a través de un esquema conceptual simplificado.

La fusión es un proceso troncal a partir del cual se ha formado la distribución natural de los núcleos de los átomos que observamos en el universo. El alto nivel de liberación de energía por parte de este tipo de reacción lo ha catapultado como candidato central en las tecnologías para obtención de energía. Dentro de este espectro, se debe remarcar su utilización en explosivos termonucleares, cuyo potencial energético ha marcado la agenda geopolítica desde la segunda mitad del siglo XX. Más allá de su relevancia, en esta oportunidad nos centraremos en las utilizaciones pacíficas, promotoras del desarrollo humano

PRODUCCIÓN Y EDICIÓN MIGUEL TÍTIRO

Un terreno mucho más amigable y con aun mejores augurios es la obtención controlada de energía para generación masiva (comercial) de electricidad. Pensar que los combustibles pueden ser el deuterio y/o el tritio y que los productos son esencialmente no contaminantes, la presentan como una propuesta fundamental para la lucha contra el cambio climático y las crisis económicas en un mundo globalmente industrializado y densamente poblado. La tecnología para producir masivamente fusión con rendimiento apropiado para uso comercial todavía está en etapa de maduración. Producirla en laboratorio, a pequeña escala y sin muchas restricciones de rendimiento, es relativamente sencillo, producirla en escala industrial y con buenos rendimientos es inmensamente complejo. Los sucesivos esfuerzos han ido generando vasto conocimiento y tecnologías, superando demostraciones críticas, mejorando las condiciones de producción y agigantando las expectativas a un relativamente corto plazo. Tal es así que en el presente muchos de esos esfuerzos se canalizan a través de diversos consorcios internacionales científico-tecnológicos integrados por una amplia variedad de actores e inversiones que pueden superar las decenas de miles de millones de dólares.

Ahora, veremos otras de las aplicaciones de la fusión con un importante potencial de impacto en otros aspectos socio-económicos: la fusión como generadora de neutrones para la industria y la salud. Las dos reacciones DD y DT emiten neutrones de altas energías. Existe una infinidad de aspectos científico-tecnológicos que involucran neutrones y tienen un gran impacto en el desarrollo humano. Dentro de ellas, tomaremos dos tipos de aplicaciones que hacen uso de dispositivos de producción comercial y de costos relativamente bajos, entre los 10 mil y los 10 millones de dólares.

La industria ha usado neutrones desde hace larga data y una de las aplicaciones más encontradas es la interrogación neutrónica: proyectar sobre una muestra un haz de neutrones y medir que sale como resultado de la interacción con las moléculas, átomos y núcleos que se encuentran en la misma. Los análisis suelen hacerse sobre los neutrones dispersados por la muestra y fotones generados tras colisiones o absorciones de los neutrones. Los neutrones tienen altos niveles de penetración en los materiales y, particularmente, en metales pesados y los patrones de emisión suelen tener muy alta especificidad por los componentes de la muestra. Así, mediante esta técnica se puede detectar y, muchas veces, cuantificar presencia de materiales de interés y acceder a información que no sería obtenible mediante otras técnicas conocidas. Muchas de estas mediciones se pueden hacer en tiempo real. La producción de neutrones por fusión le agrega a la técnica versatilidad y seguridad radiológica y nuclear. Se han creado diversas familias de “generadores de neutrones” basados en fusión, aceleradores de partículas con tamaños típicos menores al medio metro, que se pueden prender/apagar a voluntad, y fabricarse y utilizarse con abordajes de seguridad más simples que con otras tecnologías existentes.

Algunos casos paradigmáticos de esta utilización podrían ser: seguridad/inventario aduanero; minería y perfilaje de pozos petrolíferos. Los primeros son sistemas de detección de materiales ocultos para aduanas o puntos estratégicos de acceso en diferentes regiones. Estos materiales ocultos podrían variar desde aquellos con fines bélicos como explosivos químicos o nucleares hasta ítems no declarados de valor comercial. En minería, la interrogación permite en tiempo real detectar y evaluar el material que se está extrayendo de una mina. En la industria del petróleo es particularmente importante ante las nuevas modalidades de extracción no convencionales en las que se debe hacer el relevamiento del suelo circundante a un pozo, roca potencialmente fracturada, a lo largo de distintos segmentos.

En el campo de la medicina los neutrones han tenido su rol en aplicaciones como la radioterapia neutrónica y la terapia por captura neutrónica en boro para el tratamiento del cáncer y como la producción de radioisótopos medicinales para diagnóstico y tratamiento por medicina nuclear. Para estos casos, los haces de neutrones que se necesitan deben ser mucho más intensos que los utilizados para interrogación y los sistemas que se utilizan son de mayor escala. La tecnología de aceleradores compactos incluye sistemas grandes y potentes (más que los “generadores de neutrones”) y ha logrado poner a disposición de la medicina fuentes de alta intensidad que se pueden alojar, en forma relativamente amigable, en una variedad de instalaciones permitiendo distribuciones más amplias y estratégicas y una mejor llegada final a los pacientes. Dentro de esta familia de dispositivos se pueden encontrar los robustos y relativamente simples y compactos aceleradores electrostáticos que pueden producir una abundante cantidad de neutrones. Un desarrollo novedoso en base a fusión y con inmenso potencial a futuro es la producción de radioisótopos como molibdeno-99 (diagnósticos con cámara gamma y SPECT), y lutecio-177 (tratamientos del cáncer por medicina nuclear). Ya hay en el mundo al menos una empresa instalando una planta de producción con esta tecnología y proyecciones de abastecer una demanda del tamaño del 30% del mercado estadounidense.

Se destaca así que la fusión nuclear no sólo se encuentra en algo tan distante como una estrella, o algo tan terrorífico como un explosivo nuclear. Existen aplicaciones, con variadas direcciones y niveles de inversión, con relevante impacto en el entramado socio-económico y con capacidad de fundamentar avances tan significativos en el desarrollo humano que los países desarrollados han prestado particular atención sobre ellas.

*El autor es ingeniero en Física Médica y dr en Ingeniería Nuclear- CNEA-Univ. Favaloro

Producción y edición: Miguel Títiro