En el reactor de investigación localizado en el Centro Atómico Bariloche de Argentina se desarrollan diversos ensayos e investigaciones sobre neutrografía, una técnica no destructiva con la que se puede fotografiar el interior de estructuras, y Análisis por Activación Neutrónica que, entre otras aplicaciones, permite estudiar la contaminación con metales pesados del lago Nahuel Huapi.
En el año 1982 la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) puso en marcha el reactor de investigación RA-6 en el Centro Atómico Bariloche (CAB), que fue originalmente diseñado como una herramienta de enseñanza y entrenamiento para apoyar la capacitación de los estudiantes de la carrera de Ingeniería Nuclear del Instituto Balseiro. Si bien aún hoy este sigue siendo su principal objetivo, con el paso de los años se fueron sumando diversos usos científicos, facilidades y aplicaciones, las cuales requirieron la conformación de grupos especializados en algunas técnicas que permiten aprovechar los neutrones que se generan en este reactor.
En la actualidad el RA-6 es utilizado principalmente para investigación y desarrollo en física de reactores e ingeniería nuclear. Asimismo, se usa para realizar análisis por activación neutrónica, ensayos de instrumentación y control e irradiación de materiales, entre otros usos. También se estudia la Terapia por Captura Neutrónica en Boro (BNCT), una terapia en fase experimental contra el cáncer que podría ser efectiva para tratar agresivos tumores de cabeza y cuello y melanoma metastásico.
En el RA-6 también se realizan neutrografías, una técnica no destructiva con la que se puede fotografiar el interior de estructuras mediante un haz de neutrones. Como si se tratará de una radiografía –que permite explorar por dentro el cuerpo humano para observar anormalidades o lesiones–, con esta metodología es posible ver el interior de una gran variedad de estructuras sólidas o líquidas: desde un motor, un combustible nuclear, hasta fósiles y objetos arqueológicos.
Ver sin romper
El haz de neutrones que se produce en el RA-6 es la base de la neutrografía, cuya principal ventaja es que se trata de una técnica no destructiva, es decir, no hay necesidad de romper ni realizarle ninguna modificación al objeto que se está estudiando para poder conocer cómo es su interior.
La neutrografía tiene múltiples aplicaciones. En la industria metalmecánica, por ejemplo, las radiografías con neutrones son utilizadas para verificar ensambles y detectar fallas en componentes, lo que no puede lograrse con rayos X, ya que los materiales pesados son opacos a este tipo de radiación. En la industria nuclear el principal uso se da para el estudio de los elementos combustibles.
La arqueología es otra de las aplicaciones posibles, ya que las neutrografías realizadas a piezas históricas permiten revelar las técnicas de fabricación con las que fueron concebidos ciertos objetos metálicos y distinguir, por ejemplo, si un metal fue trabajo o forjado. Esta técnica constituye también una valiosa herramienta en trabajos de restauración.
Otras aplicaciones posibles: en botánica, para el estudio del crecimiento de raíces a través del suelo y la absorción de agua en plantas; en la industria alimenticia, ya que permite observar la proliferación de hongos en alimentos y semillas; en la geología, para investigaciones relacionadas con la porosidad de rocas y sedimentos; y el estudio de fósiles, tanto vegetales como animales.
Neutrones que permiten estudiar la contaminación
Mucho se habla de la contaminación con sustancias tóxicas en los ríos, lagos y suelos. Pero, ¿cómo se determina que un lugar está efectivamente contaminado y en qué proporciones? Una forma posible es hacerlo a través del análisis por activación neutrónica, una técnica analítica nuclear que permite conocer con gran precisión qué elementos se encuentran en una muestra, aun cuando estos componentes estén en muy pequeña escala.
El reactor de investigación RA-6 cuenta con un Laboratorio de Análisis por Activación Neutrónica donde se llevan adelante distintas líneas de investigación relacionadas con la presencia de metales pesados en los ecosistemas lacustres de la Patagonia. Asimismo, también se estudian las cenizas de erupciones volcánicas que ocurrieron en la zona para conocer su impacto en el ambiente.
Para poder llevar adelante estos estudios, la muestra tomada (ceniza volcánica, sedimento del lago, organismos lacustres, etc.) debe ser irradiada en el RA-6. De esta manera, los neutrones “activan” la muestra, revelando una especie de huella digital de la misma, lo que permite identificar los elementos que la componen al analizarlo en un espectrómetro.
Una de las principales ventajas del análisis por activación neutrónica es su gran sensibilidad, ya que puede determinar la presencia de múltiples elementos aún en concentraciones muy bajas (hasta una parte por billon – 1 ppb), lo que sería difícil o imposible con otros métodos. Por otro lado, es una técnica no destructiva, ya que las propiedades físicas de la muestra no son cambiadas ni alteradas durante el proceso, lo que sí ocurre, por ejemplo, en análisis que involucran procesos químicos.
El análisis por activación neutrónica tiene múltiples aplicaciones: puede servir para detectar y cuantificar impurezas en materiales tecnológicos (control de calidad) y también para identificar elementos micro-constituyentes en objetos artísticos o históricos, lo que permitiría identificar su lugar de origen o fecha de realización.
En materia ambiental, los científicos del CAB estudian la bioacumulación de metales pesados –como mercurio, arsénico y plata– en la trama trófica (cadena alimentaria) del lago Nahuel Huapi, la cual está compuesta por peces, plancton (microorganismos que viven en el cuerpo de agua) y bentos (organismos que habitan en el sedimento del lago). De esta manera, el análisis de activación neutrónica de las distintas muestras permite conocer cómo circulan estos elementos tóxicos a través de la trama trófica y cómo es su transferencia a los peces que consumimos.
Por otro lado, las emisiones volcánicas constituyen eventos de contaminación ambiental que también pueden estudiarse a través del análisis de activación neutrónica. Con esta técnica los especialistas del CAB pueden determinar la composición de estas cenizas. También se estudian secuencias sedimentarias lacustres en las cuales se registraron erupciones pasadas, lo que permite conocer la historia eruptiva de la región.
Ejemplo de neutrografía realizada por investigadores del RA-6.
Cómo se realiza una neutrografía
Los neutrones, a diferencia de los rayos X o Gamma, son absorbidos fuertemente por elementos ligeros como el hidrógeno, cadmio y boro, por lo que su presencia puede ser fácilmente detectada. Sin embargo, estas son técnicas complementarias, ya que los neutrones, al interactuar de manera diferente con la materia, ofrecen información adicional a la registrada con radiografías de rayos X o gamma.
Para poder realizar una neutrografía es necesario contar con un colimador-filtro, un detector y, por supuesto, una fuente de neutrones. En nuestro país, la única instalación con este tipo de equipamiento se encuentra ubicada en el Centro Atómico Bariloche, dentro del reactor de investigación RA-6.
*Material gentileza de la Comisión Nacional de Energía Atómica
